- 命题框:设 |ψ′⟩ = U|ψ⟩,则 ⟨ψ′|ψ′⟩ = ⟨ψ|ψ⟩
- 工具行:① 乘积共轭转置反序 (AB)† = B†A†;② 对 |ψ′⟩ = U|ψ⟩ 取左矢:⟨ψ′| = ⟨ψ|U†
- 证明(逐行,等号对齐感):
1. ⟨ψ′|ψ′⟩ = ⟨ψ|U† · U|ψ⟩(左右各自展开,U† 与 U 面对面站好)
2. = ⟨ψ|(U†U)|ψ⟩ = ⟨ψ|I|ψ⟩ = ⟨ψ|ψ⟩(用定义 U†U = I 缩并)
- 推广行:把两处相同的 ψ 换成两个不同的态,推导逐字成立 → ⟨Uφ|Uψ⟩ = ⟨φ|ψ⟩——保内积比保范数更强(任何一对态的"夹角"也不变)
- 数值验证行:U = H、|ψ⟩ = |0⟩:H|0⟩ = (1/√2)(|0⟩ + |1⟩) = |+⟩ → ⟨+|+⟩ = 1/2 + 1/2 = 1 = ⟨0|0⟩ ✓
- 结果框:演化前归一化 ⟹ 演化后仍归一化;总概率 1 永不丢失——幺正性 = 概率守恒的数学形式