
𝑝(𝑖) = 𝑡𝑟 (
ˆ
M
𝑖
𝜌)
测量后的态将会塌缩为
𝜌
′
=
ˆ
M
𝑖
𝜌
ˆ
M
†
𝑖
𝑡𝑟 (
ˆ
M
𝑖
𝜌)
2 混合态的密度矩阵
混合态是多个纯态以经典概率混合而成的态. 设有一组纯态
|
𝜓
𝑖
⟩
, 对应的概率为 𝑝
𝑖
, 那么混合态的密度矩
阵为
𝜌 =
Õ
𝑖
𝑝
𝑖
|
𝜓
𝑖
⟩ ⟨
𝜓
𝑖
|
判断密度矩阵是否表示纯态, 只需要考察它的平方. 对于纯态的密度矩阵而言, 有
𝜌
2
=
(|
𝜓
⟩ ⟨
𝜓
|)
2
=
|
𝜓
⟩ ⟨
𝜓|𝜓
⟩ ⟨
𝜓
|
=
|
𝜓
⟩ ⟨
𝜓
|
= 𝜌
那么自然有
𝑡𝑟 (𝜌
2
) = 1
而对于混合态的密度矩阵, 简单起见设
𝜌 = 𝑝
1
|
𝜓
1
⟩ ⟨
𝜓
1
|
+ 𝑝
2
|
𝜓
2
⟩ ⟨
𝜓
2
|
那么
𝜌
2
= 𝑝
2
1
(|
𝜓
1
⟩ ⟨
𝜓
1
|)
2
+
𝑝
2
2
(|
𝜓
2
⟩ ⟨
𝜓
2
|)
2
+
𝑝
1
𝑝
2
|
𝜓
1
⟩ ⟨
𝜓
1
|
𝜓
2
⟩ ⟨
𝜓
2
|
+
𝑝
2
𝑝
1
|
𝜓
2
⟩ ⟨
𝜓
2
|
𝜓
1
⟩ ⟨
𝜓
1
|
由于 𝑡𝑟
|
𝜓
𝑖
⟩
𝜓
𝑖
|𝜓
𝑗
𝜓
𝑗
= 𝑡𝑟
𝜓
𝑖
|𝜓
𝑗
𝜓
𝑗
|𝜓
𝑖
=
𝜓
𝑖
|𝜓
𝑗
2
, 那么
𝑡𝑟 (𝜌
2
) = 𝑝
2
1
+ 𝑝
2
2
+ 𝑝
1
𝑝
2
|
⟨
𝜓
1
|𝜓
2
⟩
|
2
显然
|⟨
𝜓
1
|𝜓
2
⟩|
2
≠ 1, 那么
𝑡𝑟 (𝜌
2
) < 1
由此得到
纯态的密度矩阵平方其迹为 1, 而混合态的密度矩阵平方其迹小于 1