这使我得出结论,为什么bra-ket特别适用于表示量子算法,这存在一定的差异/原因。
已经有一个可以接受的答案,并且可以解释“ ket”,“ bra”和标量积符号的答案。
我将尝试在突出显示的条目中添加更多内容。是什么使它成为有用/方便的符号?
括号表示法实际上经常使用的第一件事是非常简单地表示与特征值关联的(通常为Hermitian)算子的特征向量。假设我们有一个特征方程,这可以表示为,而且很可能一些额外的标签如果有一些简并性。甲| λ ⟩ = λ | λ ⟩ ķ 甲| λ ,ķ ⟩ = λ | λ ,ķ ⟩A(v)=λvA|λ⟩=λ|λ⟩kA|λ,k⟩=λ|λ,k⟩
您会看到这遍及量子力学,动量本征态往往根据单位或带有多个粒子状态被标记为或 ; bose和fermi系统的职业数字表示形式许多身体系统 ; 带有运算符本征态的自旋半粒子,有时写为和或和等作为速记∣∣k⃗ ⟩| → p 1,→ p 2,→ p 3 … ⟩ | ñ 1,ñ 2,... ⟩小号ž | + ⟩ | - ⟩ | ↑|p⃗ ⟩|p⃗ 1,p⃗ 2,p⃗ 3…⟩|n1,n2,…⟩Sz|+⟩|−⟩| ↓|↑⟩| ± ℏ / 2 ⟩ 大号2 大号ž | 升,米⟩升= 0 ,1 ,2 ,... 米= - 升,- 升+ 1 ,... ,升- 1 ,升。|↓⟩|±ℏ/2⟩ ; 球谐函数作为和函数的本征函数可方便地写为其中和L2Lz|l,m⟩l=0,1,2,…m=−l,−l+1,…,l−1,l.
因此,表示法的便利性是一回事,但是对于带狄拉克符号的代数运算,也有一种“乐高”感觉,例如狄拉克符号中的自旋半算子为
,以类似于一个简单地做S x = ℏSx| ↑⟩Sx=ℏ2(|↑⟩⟨↓|+|↓⟩⟨↑|)|↑⟩
Sx|↑⟩=ℏ2(|↑⟩⟨↓|+|↓⟩⟨↑|)|↑⟩=ℏ2|↑⟩⟨↓∣↑⟩+ℏ2|↓⟩⟨↑∣↑⟩=ℏ2|↓⟩
因为和。⟨ ↓ | 好↑ ⟩ = 0⟨↑∣↑⟩=1⟨↓∣↑⟩=0
是什么使量子算法更方便?
假设我们有一个适合于量子比特的二级系统;这形成了二维复矢量空间 say,其基础表示为和。当我们考虑说这种形式的量子比特时,系统的状态存在于张量积空间的更大空间中。狄拉克(Dirac)标记在这里很方便,基本状态将用一串和零标记,而一个通常表示状态,例如,说我们有一个翻转操作符可以互换| 0 ⟩ | 1 ⟩ Ñ V ⊗ Ñ | 1 ⟩⊗ | 0 ⟩⊗ | 0 ⟩⊗ | 1 ⟩≡ | 1001 ⟩ X 我 1 ↔ 0 我X 3 | 1001 ⟩ = | 1011 ⟩V|0⟩|1⟩nV⊗n|1⟩⊗|0⟩⊗|0⟩⊗|1⟩≡|1001⟩Xi1↔0在第个位上为,这可以相当简单地作用于上述字符串,例如,并对运算符求和或对a状态叠加的工作原理很简单。iX3|1001⟩=|1011⟩
稍加注意:写为并不总是表示,例如,当您有两个相同的费米子波动函数说和,并且标签索引了一些基集,那么人们可能会写出费米子的更确定的状态为甚至。| 一个⟩⊗ | b ⟩ φ ķ 1(→ [R 1)φ ķ 2(→ - [R 2)1|a,b⟩|a⟩⊗|b⟩ϕk1(r⃗ 1)ϕk2(r⃗ 2)| φķ1,φķ2⟩| ķ1,ķ2⟩≠| ķ1⟩⊗| k2
12–√(ϕk1(r⃗ 1)ϕk2(r⃗ 2)−ϕk1(r⃗ 2)ϕk2(r⃗ 1))
|ϕk1,ϕk2⟩|k1,k2⟩≠|k1⟩⊗|k2⟩