量子計算 對量子的波動方程進行傅利葉變換研究

2021-08-18 20:49:08 字數 1793 閱讀 8247

量子計算中的不確定性

在經典力學中,乙個系統的配置或狀態由乙個點(x,p)給出

座標空間和動力矩。 這完全指定了系統中的其他所有內容

確定性的方式,因為任何可以表示為y(x,p)的可觀察y都可以找到,

和任何不能無關的。 然而,正如我們已經看到電子的衍射那樣

無法準確地知道電子在每個點上的位置和動量沿著軌跡。 這在數學上被表達為著名不確定性原理。

量子狀態表示

量子物件的配置或狀態是完全指定的,由表示為sei ψ(x)的波函式表示。

p(x)= |ψ(x)|² 確定在位置x處將找到狀態ψ(x)中的物件的概率(密度)。

我們將sei 標記為 ψ ∈ c,這意味著波函式是複雜的。 在這裡,ψ的實際部分是為了簡化而繪製的,此外,ψ必須是單值的而不會那麼複雜。

波函式相關公式

波函式實際上是複雜的形式,我們可以簡單的表徵為

而且即使週期不同,我們也能知道

對於概率密度具有與產出的積分變數相反的尺寸

在這種情況下是累積概率是位置,所以波函式的單位是

長度的倒數平方根。 最後,請注意,雖然波函式是一般的

複雜,概率(密度)必須始終是真實的。 這也意味著ψ(x)是唯一的

唯一地定義為乙個任意的復相,因為所有的虛數指數eiθ

滿足|eiθ| ² = 1,所以波函式的概率密度和物理解釋不受復相的乘法影響。

因此可以知道如下公式

由於光量子的特性,還有兩個基本公式

主要是描述能量和蒲朗克常量與頻率之間的關係。

量子疊加態

給定兩個量子系統的兩個可能狀態波函式ψa和ψb,系統也可能處於疊加狀態

ψ=αψa+βψb

因此其波動函式關係可以描述為

ψ(x) = αψa(x) + βψb(x)。

其概率關係可以描述為

概率密度波函式

波函式用傅利葉定理描述

傅利葉級數變換方程

因此通過上述傅利葉變換後可以得出

通過將上述離散方程進行傅利葉展開係數的連續模擬得出以下公式

這裡研究疊加態和動量p=k的關係,可以表徵為以下公式

對於上述的公式研究可以知道,其描述了兩個詭異關係的量子狀態,

在知道【ψ(x)】 狀態的時候,必定另乙個【ψ(x)反】 的量子狀態必然被知道。

概率密度與動量的關係

在對量子波動函式做傅利葉變換的過程中可以發現乙個特別簡單的關係。

那麼p(k)是什麼? 這是由粒子描述的粒子的概率密度波函式ψ(x)具有動量p = k。 表達結果令人驚訝簡單。

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