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Gianfranco (talk | contribs) (Created page with "==3. Quantum instruments== ===3.1. A few words about the quantum formalism=== Denote by <math display="inline">\mathcal{H}</math> a complex Hilbert space. For simplicity, we assume that it is finite dimensional. Pure states of a system <math>S</math> are given by normalized vectors of <math display="inline">\mathcal{H}</math> and mixed states by density operators (positive semi-definite operators with unit trace). The space of density operators is denoted by <math>S...") |
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==3. | ==3. Strumenti quantistici== | ||
===3.1. | ===3.1. Qualche parola sul formalismo quantistico=== | ||
Denota con <math display="inline">\mathcal{H}</math> uno spazio di Hilbert complesso. Per semplicità assumiamo che sia di dimensione finita. Gli stati puri di un sistema <math>S</math> sono dati da vettori normalizzati di <math display="inline">\mathcal{H}</math> e gli stati misti da operatori di densità (operatori semidefiniti positivi con traccia unitaria). Lo spazio degli operatori di densità è indicato da <math>S(\mathcal{H})</math>). Lo spazio di tutti gli operatori lineari in <math display="inline">\mathcal{H}</math> è indicato dal simbolo <math display="inline">\mathcal{L}(\mathcal{H})</math>. A sua volta, questo è uno spazio lineare. Inoltre, <math display="inline">\mathcal{L}(\mathcal{H})</math> è lo spazio complesso di Hilbert con il prodotto scalare <math display="inline"><A|B>=TrA^*B</math>. Consideriamo operatori lineari che agiscono in <math display="inline">\mathcal{L}(\mathcal{H})</math>. Sono chiamati ''superoperatori''. | |||
La dinamica dello stato puro di un sistema quantistico isolato è descritta dall'equazione di Schrödinger: | |||
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dove <math display="inline">\hat{\mathcal{H}}</math> è l'hamiltoniano del sistema. Questa equazione implica che lo stato puro <math>\psi(t)</math> evolve unitariamente <math>\psi(t)= \hat{U}(t)\psi_0</math>, dove <math>\hat{U}(t)=e^{-it\hat{\mathcal H}}</math> è un gruppo parametrico di operatori unitari, <math>\hat{U}(t):\mathcal{H}\rightarrow \mathcal{H}</math>. Nella fisica quantistica, l'hamiltoniano <math display="inline">\hat{\mathcal{H}}</math> è associato all'energia osservabile. La stessa interpretazione è utilizzata nella biofisica quantistica (Arndt et al., 2009).<ref>Arndt M., Juffmann T., Vedral V. Quantum physics meets biology HFSP J., 3 (6) (2009), pp. 386-400, 10.2976/1.3244985</ref> Tuttavia nella nostra modellazione quantistica che descrive l'elaborazione delle informazioni nei biosistemi, l'operatore <math display="inline">\hat{\mathcal{H}}</math> non ha un accoppiamento diretto con l'energia fisica. Questo è il generatore di evoluzione che descrive le interazioni delle informazioni. | |||
La dinamica di Schrödinger per uno stato puro implica che la dinamica di uno stato misto (rappresentato da un operatore di densità) è descritta dall'equazione di ''von Neumann'': | |||
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