演算子
状態に作用して別の状態を返す写像。 有限次元では行列と同じ。
種類と役割#
| 種類 | 条件 | 役割 |
|---|---|---|
| エルミート | 観測量。固有値が測定値 | |
| ユニタリ | 時間発展、量子ゲート | |
| 射影 | 測定 | |
| 密度演算子 | 半正定値、トレース 1 | 混合状態の表現 |
交換子#
行列の積が非可換であることの物理的な帰結がここに現れる。
なら と は同時に確定値を持てない。 共通の固有ベクトルを持てないため。
不確定性関係
は、この非可換性を定量化したもの。 位置と運動量で だから になる。
不確定性は測定技術の限界ではなく、演算子の代数から出てくる。
パウリ演算子#
エルミートかつユニタリ。 1 量子ビットの観測量も、ゲートも、これらで書ける。 が エルミート行列の基底をなすため、 任意の観測量をパウリ演算子の和に分解できる。 VQE でハミルトニアンをパウリ項の和に書き直すのはこの性質による。
参考文献#
- Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information, 10th Anniversary Edition. Cambridge University Press, 2010. https://doi.org/10.1017/CBO9780511976667
- J. J. Sakurai, Jim Napolitano. Modern Quantum Mechanics, 3rd ed. Cambridge University Press, 2020. https://doi.org/10.1017/9781108587280