حالت کوانتومی

حالت کوانتومی ( به انگلیسی: Quantum state ) که به اختصار حالت نیز نامیده می شود، یک سیستم بسته کوانتومی است. به بیان دیگر، حالت کوانتومی یک شیء ریاضی است که تمامی ویژگی های یک سیستم کوانتمی را دربردارد. عموماً حالت یک سیستم کوانتمی را با | ψ ⟩ ( کت سای ) نمایش داده و بر طبق رابطه تکامل:
∑ i | i ⟩ ⟨ i | = 1
که در آن | i ⟩ بردارهای پایه فضای هیلبرت هستند، می توان حالت سیستم را بر حسب بردارهای پایه به صورت زیر بسط داد:
ψ = ∑ i C i | i ⟩
که در آن C i ها برابرند با:
C i = ⟨ i | ψ ⟩
حالت کوانتومی
وضعیت کوانتوم یک مفهوم ریاضی است که دانش یک سامانه کوانتومی را به خود می گیرد. مکانیک کوانتوم ساختار، تکامل و اندازه گیری وضعیت کوانتوم را مشخص می کند. نتیجه این است که یک پیش بینی کوانتومی برای سامانه ای که توسط وضعیت نمایانده شده است، به دست می آید. دانش از وضعیت کوانتوم و قوانین مکانیک کوانتوم برای تکامل سامانه در زمان، همه آنچه که می توان در مورد یک سامانه کوانتومی را بدانیم ارائه می دهد توابع موج توصیف کننده سیستم های کوانتومی با استفاده از متغیرهای موقعیت یا تکانه و حالات کوانتومی بردار انتزاعی تر. [ ۱]
حالت های مکانیک کلاسیک
به عنوان یک ابزار برای فیزیک، وضعیت های کوانتوم از وضعیت های مکانیک کلاسیک برآمده اند. یک وضعیت دینامیک کلاسیک از یک مجموعه از متغیرهای دینامیک با مقادیر حقیقی و مشخص در هر لحظه زمانی تشکیل شده است. وضعیت های کوانتوم از مجموعه هایی از متغیرهای دینامیک تشکیل شده اند که تحت معادلات حرکت تکامل می یابند. با این حال، مقادیر حاصل از وضعیت های کوانتوم اعداد مختلف پیچیده هستند، کوانتایز شده اند، تحت روابط عدم قطعیت محدود می شوند، و تنها یک توزیع احتمال برای نتایج یک سیستم ارائه می دهند. این محدودیت ها ماهیت متغیرهای دینامیک کوانتوم را تغییر می دهند. به عنوان مثال، وضعیت کوانتوم یک الکترون در یک آزمایش شکاف دوتایی شامل مقادیر پیچیده در ناحیه شناسایی خواهد بود و هنگام مربع کردن، تنها توزیع احتمال تعداد الکترون ها در آشکارساز را پیش بینی می کند. [ ۲]
مکانیک کوانتوم
فرآیند توصیف یک سامانه کوانتومی با مکانیک کوانتوم با شناسایی یک مجموعه از متغیرها که وضعیت کوانتومی سامانه را تعریف می کنند، آغاز می شود. این مجموعه شامل متغیرهای سازگار و ناسازگار خواهد بود. اندازه گیری همزمان یک مجموعه کامل از متغیرهای سازگار، سامانه را در یک وضعیت یکتا آماده می کند. سپس وضعیت به طور قطعی بر اساس معادلات حرکت تکامل پیدا می کند. اندازه گیری پسین وضعیت یک نمونه از یک توزیع احتمالی تولید می کند که توسط عامل مکانیک کوانتومی متناظر با اندازه گیری پیش بینی شده است. طبیعت اصولاً آماری یا احتمالی اندازه گیری های کوانتوم، نقش وضعیت های کوانتوم را در مکانیک کوانتوم نسبت به وضعیت های کلاسیک در مکانیک کلاسیک تغییر می دهد. در مکانیک کلاسیک، وضعیت اولیه یک یا چند بدن اندازه گیری می شود؛ وضعیت بر اساس معادلات حرکت تکامل می یابد؛ اندازه گیری های وضعیت نهایی با پیش بینی ها مقایسه می شوند. در مکانیک کوانتوم، انجمن هایی از وضعیت های کوانتومی همانند یکدیگر، طبق معادلات حرکت تکامل می یابند و اندازه گیری های مکرر مقایسه می شوند با توزیع های احتمالی پیش بینی شده. [ ۳]