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===3.3. Non-projective state update: atomic instruments===
===3.3. Actualización de estado no proyectivo: instrumentos atómicos===


In general, the statistical properties of any measurement are characterized by
En general, las propiedades estadísticas de cualquier medida se caracterizan por


# the output probability distribution <math display="inline">Pr\{\text{x}=x\parallel\rho\}</math>, the probability distribution of the output <math display="inline">x</math> of the measurement in the input state <math display="inline">\rho
# la distribución de probabilidad de salida <math display="inline">Pr\{\text{x}=x\parallel\rho\}</math>, la distribución de probabilidad de la salida <math display="inline">x</math> de la medida en el estado de entrada <math display="inline">\rho
</math>;
</math>;
# the quantum state reduction <math display="inline">\rho\rightarrow\rho_{(X=x)}
# la reducción del estado cuántico <math display="inline">\rho\rightarrow\rho_{(X=x)}
</math>,the state change from the input state <math display="inline">\rho
</math>,el cambio de estado desde el estado de entrada <math display="inline">\rho
</math>  to the output state <math display="inline">\rho\rightarrow\rho_{(X=x)}
</math> al estado de salida <math display="inline">\rho\rightarrow\rho_{(X=x)}
</math> conditional upon the outcome <math display="inline">\text{X}=x
</math>condicionado al resultado <math display="inline">\text{X}=x
</math> of the measurement.
</math> de la medida


In von Neumann’s formulation, the statistical properties of any measurement of an observable  is uniquely determined by Born’s rule (5) and the projection postulate (6), and they are represented by the map (9), an instrument of von Neumann type. However, von Neumann’s formulation does not reflect the fact that the same observable <math>A</math> represented by the Hermitian operator <math>\hat{A}</math> in <math display="inline">\mathcal{H}</math> can be measured in many ways.8 Formally, such measurement-schemes are represented by quantum instruments.
En la formulación de von Neumann, las propiedades estadísticas de cualquier medida de un observable están determinadas únicamente por la regla de Born (5) y el postulado de proyección (6), y están representadas por el mapa (9), un instrumento de tipo von Neumann. Sin embargo, la formulación de von Neumann no refleja el hecho de que el mismo <math>A</math> representado por el operador hermitiano <math>\hat{A}</math> en <math display="inline">\mathcal{H}</math> puede medirse de muchas maneras.8 Formalmente, tales esquemas de medición están representados por instrumentos cuánticos.


Now, we consider the simplest quantum instruments of non von Neumann type, known as ''atomic instruments.'' We start with recollection of the notion of POVM (probability operator valued measure); we restrict considerations to POVMs with a discrete domain of definition <math display="inline">X=\{x_1....,x_N.....\}</math>. POVM is a map <math display="inline">x\rightarrow \hat{D}(x)</math> such that for each <math display="inline">x\in X</math>,<math>\hat{D}(x)</math>  is a positive contractive Hermitian operator (called effect) (i.e.,<math display="inline">\hat{D}(x)^*=\hat{D}(x), 0\leq \langle\psi|\hat{D}(x)\psi\rangle\leq1</math> or any <math display="inline">\psi\in\mathcal{H}</math>), and the normalization condition
Ahora, consideramos los instrumentos cuánticos más simples del tipo no von Neumann, conocidos como instrumentos atómicos. Comenzamos recordando la noción de POVM (medida valorada por el operador de probabilidad); restringimos las consideraciones a POVM con un dominio de definición discreto <math display="inline">X=\{x_1....,x_N.....\}</math>. POVMes un mapa <math display="inline">x\rightarrow \hat{D}(x)</math> tal que para cada <math display="inline">x\in X</math>,<math>\hat{D}(x)</math>es un operador hermitiano contractivo positivo (llamado efecto) (es decir,,<math display="inline">\hat{D}(x)^*=\hat{D}(x), 0\leq \langle\psi|\hat{D}(x)\psi\rangle\leq1</math> o cualquier <math display="inline">\psi\in\mathcal{H}</math>), y la condición de normalización


<math display="inline">\sum_x \hat{D}(x)=I</math>  
<math display="inline">\sum_x \hat{D}(x)=I</math>  


holds, where <math display="inline">I</math> 
sostiene, donde  <math display="inline">I</math> es el operador de la unidad. Se supone que para cualquier medida, la distribución de probabilidad de salida <math display="inline">Pr\{\text{x}=x||\rho\}</math> es dado por
is the unit operator. It is assumed that for any measurement, the output probability distribution <math display="inline">Pr\{\text{x}=x||\rho\}</math> is given by


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dónde <math display="inline"> \hat{D}(x)</math>  es un POVM. Para instrumentos atómicos, se supone que los efectos se representan concretamente en la forma
where <math display="inline"> \hat{D}(x)</math>  is a POVM. For atomic instruments, it is assumed that effects are represented concretely in the form


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where <math display="inline"> {V}(x)</math> is a linear operator in <math display="inline">\mathcal{H}</math>. Hence, the normalization condition has the form <math display="inline">\sum_x V(x)^*V(x)=I</math>.9 The Born rule can be written similarly to (5):  
dónde <math display="inline"> {V}(x)</math>Es un operador lineal en ( <math display="inline">\mathcal{H}</math>.Por lo tanto, la condición de normalización tiene la forma <math display="inline">\sum_x V(x)^*V(x)=I</math>.9 La regla de Born se puede escribir de manera similar a (5):  


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It is assumed that the post-measurement state transformation is based on the map:  
Se supone que la transformación del estado posterior a la medición se basa en el mapa:  


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so the quantum state reduction is given by
por lo que la reducción del estado cuántico viene dada por


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El mapa <math>x\rightarrow\mathcal{L_A(x)}</math> dada por (13) es un instrumento cuántico atómico. Observamos que la regla de Born (12) se puede escribir en la forma
The map <math>x\rightarrow\mathcal{L_A(x)}</math> given by (13) is an atomic quantum instrument. We remark that the Born rule (12) can be written in the form


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Let <math>\hat{A}</math> be a Hermitian operator in <math display="inline">\mathcal{H}</math>. Consider a POVM <math display="inline"> \hat{D}=\biggl(\hat{D}^A(x)\Biggr)</math> with the domain of definition given by the spectrum of <math>\hat{A}</math>. This POVM represents a measurement of observable <math>A</math>  if Born’s rule holds:  
Dejar <math>\hat{A}</math> ser un operador hermitiano en <math display="inline">\mathcal{H}</math>. Considere un POVM <math display="inline"> \hat{D}=\biggl(\hat{D}^A(x)\Biggr)</math> con el dominio de definición dado por el espectro de <math>\hat{A}</math>. Este POVM representa una medida de observable <math>A</math> si se cumple la regla de Born:  


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Thus, in principle, probabilities of outcomes are still encoded in the spectral decomposition of operator  <math>\hat{A}</math> or in other words operators <math display="inline"> \biggl(\hat{D}^A(x)\Biggr)</math> should be selected in such a way that they generate the probabilities corresponding to the spectral decomposition of the symbolic representation <math>\hat{A}</math> of observables <math>A</math>, i.e.,<math display="inline"> \biggl(\hat{D}^A(x)\Biggr)</math>  is uniquely determined by<math>\hat{A}</math> as <math display="inline"> \hat{D}^A(x)=\hat{E}^A(x)</math>. We can say that this operator carries only information about the probabilities of outcomes, in contrast to the von Neumann scheme, operator <math>\hat{A}</math> does not encode the rule of the state update. For an atomic instrument, measurements of the observable <math>A</math> has the unique output probability distribution by the Born’s rule (16), but has many different quantum state reductions depending of the decomposition of the effect <math display="inline"> \hat{D}(x)=\hat{E}^A(x)=V(x)^*V(x)</math> in such a way that
Por lo tanto, en principio, las probabilidades de los resultados todavía están codificadas en la descomposición espectral del operador <math>\hat{A}</math>O en otras palabras operadores <math display="inline"> \biggl(\hat{D}^A(x)\Biggr)</math> deben seleccionarse de tal manera que generen las probabilidades correspondientes a la descomposición espectral de la representación simbólica <math>\hat{A}</math> de observables <math>A</math>,es decir.,<math display="inline"> \biggl(\hat{D}^A(x)\Biggr)</math> está determinada únicamente por <math>\hat{A}</math> como <math display="inline"> \hat{D}^A(x)=\hat{E}^A(x)</math>. Podemos decir que este operador solo lleva información sobre las probabilidades de los resultados, en contraste con el esquema de von Neumann, el operador <math>\hat{A}</math> no codifica la regla de actualización de estado. Para un instrumento atómico, las mediciones del observable <math>A</math> tiene la distribución de probabilidad de salida única según la regla de Born (16), pero tiene muchas reducciones de estado cuántico diferentes dependiendo de la descomposición del efecto <math display="inline"> \hat{D}(x)=\hat{E}^A(x)=V(x)^*V(x)</math> de una manera que


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