कम घनत्व वाले ऑपरेटर को खोजने के लिए मैं दूसरी कतार का पता कैसे लगाऊं? [डुप्लिकेट]

Jan 20 2021

मैं पहले क्वैबिट के लिए कम घनत्व वाले ऑपरेटर को खोजने के लिए दूसरी कतार का पता लगाने के लिए एक अभ्यास कर रहा हूं:

$tr_2|11\rangle\langle00| = |1\rangle\langle0|\langle0|1\rangle$

मैं सोच रहा हूं कि क्या मैं पहली क्वेट के लिए ट्रेस करूं, क्या मेरे पास होना चाहिए:

$tr_1|11\rangle\langle00| = |1\rangle\langle0|\langle0|1\rangle$ या $tr_1|11\rangle\langle00| = \langle0|1\rangle|1\rangle\langle0|$ ?

नीलसन और चुआंग पाठ्यपुस्तक में, हमारे पास है $tr(|b_1\rangle\langle b_2|)=\langle b_2|b_1\rangle$। क्या मैं कह सकता हूँ कि बाएँ और दाएँ हाथ की तरफ मैट्रिक्स में एक तत्व का पता लगाने के सिर्फ दो तरीके हैं? धन्यवाद!!

जवाब

2 KAJ226 Jan 20 2021 at 05:41

मान लीजिए आपके पास राज्य है $|\psi\rangle = \dfrac{|00\rangle + |11\rangle}{\sqrt{2}} = \dfrac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix} $ फिर इसका घनत्व मैट्रिक्स प्रतिनिधित्व है

$$ \rho = |\psi \rangle \langle \psi | = \dfrac{1}{2} \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 & 1\\ 0 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 0 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} $$

अब, अगर हम सबसिस्टम का पता लगाना चाहते हैं$B$ सिस्टम के घनत्व ऑपरेटर को खोजने के लिए $A$ इस रूप में घोषित किया गया $\rho_A$ तो हम निम्नलिखित कर सकते हैं:

$$ \rho_A = Tr_B(\rho) = \dfrac{1}{2} \begin{pmatrix} Tr\begin{pmatrix} 1 & 0\\ 0 & 0 \end{pmatrix} & Tr\begin{pmatrix} 0 & 1\\ 0 & 0 \end{pmatrix}\\ Tr\begin{pmatrix} 0 & 0\\ 1 & 0 \end{pmatrix} & Tr\begin{pmatrix} 0 & 0\\ 0 & 1 \end{pmatrix} \end{pmatrix} = \dfrac{1}{2} \begin{pmatrix} 1 & 0\\ 0 & 1 \end{pmatrix}$$

परिणाम यह निकला $\rho_B = Tr_A(\rho)$ के समान है $\rho_A$ यहाँ और राज्य को देखने से, आप उम्मीद कर सकते हैं कि ऐसा क्यों है।


अधिक सामान्यतः, एक घनत्व ऑपरेटर देता है

$$ \rho = \begin{pmatrix} \rho_{11} & \rho_{12} & \rho_{13} & \rho_{14}\\ \rho_{21} & \rho_{22} & \rho_{23} & \rho_{24}\\ \rho_{31} & \rho_{32} & \rho_{33} & \rho_{34} \\ \rho_{41} & \rho_{42} & \rho_{43} & \rho_{44} \end{pmatrix}$$

तब फिर

$$ \rho_A = Tr_B(\rho) = \begin{pmatrix} Tr\begin{pmatrix} \rho_{11} & \rho_{12}\\\rho_{21} & \rho_{22} \end{pmatrix} & Tr\begin{pmatrix} \rho_{13} & \rho_{14} \\ \rho_{23} & \rho_{24} \end{pmatrix}\\ Tr\begin{pmatrix} \rho_{31} & \rho_{32} \\ \rho_{41} & \rho_{42} \end{pmatrix} & Tr\begin{pmatrix}\rho_{33} & \rho_{34} \\ \rho_{43} & \rho_{44} \end{pmatrix} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \rho_{11} + \rho_{22} & \rho_{13} + \rho_{24} \\ \rho_{31} + \rho_{42} & \rho_{33} + \rho_{44} \end{pmatrix} $$

तथा

$$ \rho_B = Tr_A(\rho) = \begin{pmatrix} Tr\begin{pmatrix} \rho_{11} & \rho_{13}\\\rho_{31} & \rho_{33} \end{pmatrix} & Tr\begin{pmatrix} \rho_{12} & \rho_{14} \\ \rho_{32} & \rho_{34} \end{pmatrix}\\ Tr\begin{pmatrix} \rho_{21} & \rho_{23} \\ \rho_{41} & \rho_{43} \end{pmatrix} & Tr\begin{pmatrix}\rho_{22} & \rho_{24} \\ \rho_{42} & \rho_{44} \end{pmatrix} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \rho_{11} + \rho_{33} & \rho_{12} + \rho_{34} \\ \rho_{21} + \rho_{43} & \rho_{22} + \rho_{44} \end{pmatrix} $$

1 forky40 Jan 20 2021 at 04:36

यदि आप अपने राज्य को एक द्विदलीय प्रणाली में विभाजित करते हैं $\rho_{AB} \in \mathcal{H}_A \otimes \mathcal{H}_B$ फिर आंशिक ट्रेस के लिए एक सामान्य सूत्र निम्न द्वारा दिया जाता है:

$$ \text{Tr}_B (\rho) = \sum_{j} (I_A \otimes \langle j |_B) \rho (I_A \otimes | j \rangle_B) $$

कहां है $\{ |j\rangle \}$ प्रणाली के लिए एक आधार है $B$। आपके मामले में, पहले कथन के लिए आप इस सूत्र का उपयोग कर सकते हैं

\begin{align} \text{Tr}_B (|11\rangle\langle00|) &= \sum_{j} (I_A \otimes \langle j |_B) |11\rangle\langle00| (I_A \otimes | j \rangle_B) \\ &= (I_A \otimes \langle 0 |_B) |1\rangle_A |1\rangle_B \langle0|_A \langle0|_B (I_A \otimes | 0 \rangle_B) \\ &\qquad+ (I_A \otimes \langle 1 |_B) |1\rangle_A |1\rangle_B \langle0|_A \langle0|_B (I_A \otimes | 1 \rangle_B)\\ &= |1\rangle\langle0|_A (\langle 0|1\rangle\langle 0|0\rangle) + |1\rangle\langle 0|_A(\langle1|1\rangle\langle0|1\rangle) \\ &= |1\rangle\langle0|_A \langle 0| 1\rangle (\langle 0|0\rangle + \langle 1|1\rangle) \\ &= 0 \end{align} और आप दूसरे कथन को प्राप्त करने के लिए एक समान गणना कर सकते हैं।