Kvanttimekaaninen tila

Kvanttimekaniikassa kvanttimekaaninen tila sisältää kaiken havaittavissa olevan tiedon systeemin tilasta. Tiloja voidaan kuvailla tiheysmatriisin avulla. Tiloja on karkeasti jakaen kahdenlaisia: puhtaita ja sekoitettuja tiloja.

Puhdas tila on tila joka voidaan esittää yhdellä yksittäisellä aaltofunktiolla. Aaltofunktio voi tällöin olla superpositiossa jonkin valitun kannan kantavektoreista. Esimerkiksi bra-ket merkintätavan avulla lausuttuna aaltofunktio voi olla tilassa

$|\psi _{p}\rangle =\sum _{i}c_{i}|i\rangle ,$

jossa $|i\rangle$ ovat valitun kannan kantavektoreita. Tällöin kyseisen puhtaan tilan tiheysmatriisi on muotoa

$\rho _{\rm {puhdas}}=|\psi _{p}\rangle \langle \psi _{p}|.$

Tiheysmatriisin matriisiesityksessä komponentti $i,j$ on tällöin muotoa

$\rho _{i,j}=\langle i|\rho |j\rangle =c_{i}^{*}c_{j}.$

Sekoitettu tila on summa puhtaista tiloista eli sen tiheysmatriisi on muotoa

$\rho _{\rm {sekoitettu}}=\sum _{p}w_{p}|\psi _{p}\rangle \langle \psi _{p}|.$

Puhtaan ja sekoitetun tilan käsitteitä käytetään mm. dekoherenssin kuvaamiseen. Suljetun kvanttisysteemin puhtaan tilan kvanttimekaaninen aikakehitys säilyttää tilan puhtauden. Sen sijaan vuorovaikutus ympäristöön voi aikaansaada puhtaasta tilasta sekoitetun.