ÉTUDE DE PHYSIQUE

Projection d’État Quantique et Mesure

Projection d’État Quantique et Mesure

Comprendre la Projection d’État Quantique et Mesure

Considérons un système quantique dans l’état initial décrit par le vecteur d’état \( \psi \) dans un espace de Hilbert à deux dimensions. L’état est donné par la superposition suivante:}

\[ \psi = \frac{1}{\sqrt{3}} |0\rangle + \sqrt{\frac{2}{3}} |1\rangle \]

Les états \( |0\rangle \) et \( |1\rangle \) sont les états propres d’un opérateur observable \( \hat{Z} \) avec des valeurs propres respectives 0 et 1. Ces états forment une base orthonormée pour l’espace de Hilbert considéré.}

Question:

Un appareil de mesure conçu pour mesurer l’observable \( \hat{Z} \) est utilisé pour mesurer l’état du système.

Calculez :

1. Probabilités de Mesure : La probabilité que la mesure donne comme résultat \( |0\rangle \) et \( |1\rangle \).

2. États Post-Mesure : Les états du système immédiatement après la mesure pour chaque résultat possible.

3. Valeur Moyenne de l’Observable : La valeur moyenne de \( \hat{Z} \) pour l’état \( \psi \).

Correction : Projection d’État Quantique et Mesure

1. Calcul des Probabilités de Mesure

La probabilité de mesurer un certain état quantique est le carré de l’amplitude de projection de l’état initial sur cet état propre. L’état initial est une superposition des états \(|0\rangle\) et \(|1\rangle\).

Formule :

\[ P(k) = |\langle k | \psi \rangle|^2 \]

où \(k\) peut être \(0\) ou \(1\).

Données :

\[ \psi = \frac{1}{\sqrt{3}}|0\rangle + \sqrt{\frac{2}{3}}|1\rangle \]

Calcul pour \(P(0)\) :

\[ P(0) = \left|\left\langle 0 \middle| \left(\frac{1}{\sqrt{3}}|0\rangle + \sqrt{\frac{2}{3}}|1\rangle\right) \right\rangle\right|^2 \] \[ P(0) = \left|\frac{1}{\sqrt{3}}\right|^2 \] \[ P(0) = \frac{1}{3} \]

Calcul pour \(P(1)\) :

\[ P(1) = \left|\left\langle 1 \middle| \left(\frac{1}{\sqrt{3}}|0\rangle + \sqrt{\frac{2}{3}}|1\rangle\right) \right\rangle\right|^2 \] \[ P(1) = \left|\sqrt{\frac{2}{3}}\right|^2 \] \[ P(1) = \frac{2}{3} \]

2. États Post-Mesure

Selon les principes de la mécanique quantique, après une mesure, le système s’effondre dans l’état propre correspondant à la valeur mesurée.

L’état du système après la mesure de \(k\) est \(|k\rangle\).

Données : Résultats possibles \(|0\rangle\) ou \(|1\rangle\).

  • État si mesure \(|0\rangle\) : Le système devient \(|0\rangle\)
  • État si mesure \(|1\rangle\) : Le système devient \(|1\rangle\)

3. Valeur Moyenne de l’Observable \(\hat{Z}\)

La valeur moyenne d’une observable quantique dans un état donné représente la valeur attendue de mesures répétées de cette observable sur un grand nombre de systèmes préparés de la même manière.

Formule :

\[ \langle \hat{Z} \rangle = \langle \psi | \hat{Z} | \psi \rangle \]

Calcul :

Utilisant les probabilités calculées et les valeurs propres associées à chaque état :

\[ \langle \hat{Z} \rangle = 0 \cdot P(0) + 1 \cdot P(1) \] \[ \langle \hat{Z} \rangle = 0 \cdot \frac{1}{3} + 1 \cdot \frac{2}{3} \] \[ \langle \hat{Z} \rangle = \frac{2}{3} \]

Projection d’État Quantique et Mesure

D’autres exercices de physique quantique:

Aucun résultat

La page demandée est introuvable. Essayez d'affiner votre recherche ou utilisez le panneau de navigation ci-dessus pour localiser l'article.

Superposition d’états dans un puits infini

Superposition d’états dans un puits infini

Superposition d’états dans un puits infini Comprendre la Superposition d’états dans un puits infini On considère une particule confinée dans un puits de potentiel infiniment profond défini sur l’intervalle \[ [0, L] \]. Les fonctions d’onde stationnaires (ou états...

Étude d’une Fonction d’Onde Gaussienne

Étude d’une Fonction d’Onde Gaussienne

Étude d’une Fonction d’Onde Gaussienne Comprendre l'Étude d’une Fonction d’Onde GaussienneOn considère une particule non-relativiste libre (c'est-à-dire évoluant dans un espace sans potentiel externe, \( V(x)=0 \) dont la fonction d’onde initiale (à \( t=0 \) est...

Application du Modèle de Bohr

Application du Modèle de Bohr

Application du Modèle de Bohr Comprendre l'Application du Modèle de Bohr Le modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène est un modèle quantique précoce qui postule que les électrons orbitent autour du noyau en orbites circulaires fixes tout en obéissant aux règles de la...

Analyse de la Dualité Onde-Particule

Analyse de la Dualité Onde-Particule

Analyse de la Dualité Onde-Particule Comprendre l'Analyse de la Dualité Onde-Particule Dans le cadre de l'étude de la dualité onde-particule, un des concepts fondamentaux de la mécanique quantique, nous analyserons le comportement d'un électron lorsqu'il traverse une...

Particule Confinée dans une Boîte à Puits Infini

Particule Confinée dans une Boîte à Puits Infini

Particule Confinée dans une Boîte à Puits Infini Comprendre la Particule Confinée dans une Boîte à Puits Infini On considère une particule (par exemple, un électron) confinée dans une région unidimensionnelle de longueur \( L \) par des parois de potentiel infinies....

Analyse Quantique des Électrons dans un Métal

Analyse Quantique des Électrons dans un Métal

Analyse Quantique des Électrons dans un Métal Comprendre l'Analyse Quantique des Électrons dans un Métal En physique quantique, la distribution de Fermi-Dirac décrit la statistique des particules de spin demi-entier, connues sous le nom de fermions. Cela inclut des...

Étude du Condensat dans Piège Harmonique

Étude du Condensat dans Piège Harmonique

Étude du Condensat dans Piège Harmonique Comprendre l'Étude du Condensat dans Piège Harmonique Le condensat de Bose-Einstein (BEC) est un état de la matière formé par des bosons refroidis à des températures très proches du zéro absolu. À de telles températures, un...

Émission Spectrale d’un Corps Noir

Émission Spectrale d’un Corps Noir

Émission Spectrale d'un Corps Noir Comprendre l'Émission Spectrale d'un Corps Noir En physique quantique, le corps noir est un idéal qui absorbe parfaitement toute radiation incidente, sans réfléchir ni transmettre de lumière. Lorsqu'il est chauffé, il émet un...

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *