第 2 课 · 希尔伯特空间的语言——狄拉克符号、内积、幺正演化与布洛赫球 · 模块一:基础与工具

数值例子:亲手换算一个态

  • 题面:取 $\theta = \pi/2$、$\phi = \pi/2$,写出态矢量、算测量概率、定位球面点
  • 代入过程(逐行):
    1. 三角函数值:$\cos(\pi/4) = \sin(\pi/4) = 1/\sqrt{2}$;欧拉公式 $e^{i\pi/2} = \cos(\pi/2) + i\cdot\sin(\pi/2) = 0 + i = i$
    2. 代入参数化:$|\psi\rangle = (1/\sqrt{2})|0\rangle + i\cdot(1/\sqrt{2})|1\rangle = (|0\rangle + i|1\rangle)/\sqrt{2}$——正是第 3 页反例里的态,现在长度有正确答案
    3. 测量概率:$|1/\sqrt{2}|^2 = 1/2$、$|i/\sqrt{2}|^2 = 1/2$($i$ 的模为 1,相位在模方中隐身)
    4. 球面点:$(\sin(\pi/2)\cos(\pi/2),\, \sin(\pi/2)\sin(\pi/2),\, \cos(\pi/2)) = (1\cdot 0,\, 1\cdot 1,\, 0) = (0,\, 1,\, 0)$——赤道上 $\phi = 90^\circ$(AMBER 结果)
  • 验证行:概率和 $1/2 + 1/2 = 1$ ✓
  • 对比一行:Z-基测量下它与 $|+\rangle$($\phi = 0^\circ$)同样五五开——测量统计看不见 $\phi$,布洛赫球却把 $90^\circ$ 记得一清二楚
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