第 3 课 · 测量、坍缩、相干性与退相干 · 模块一:基础与工具

情景二:先演化再测量,完美区分(本课核心推导)

  • 命题框:H 是自身的逆——$H^2 = I$
  • 推导步骤(显式矩阵乘法,分母 $(1/\sqrt{2})\times(1/\sqrt{2}) = 1/2$,教材 §5.2):
    1. $H^2 = (1/\sqrt{2})^2\cdot[[1\times 1+1\times 1,\, 1\times 1+1\times(-1)],\, [1\times 1+(-1)\times 1,\, 1\times 1+(-1)\times(-1)]] = (1/2)\cdot[[2, 0], [0, 2]] = I$
    2. $H|+\rangle = H(H|0\rangle) = (HH)|0\rangle = I|0\rangle = |0\rangle$(矩阵乘法结合律)
    3. $H|-\rangle = H(H|1\rangle) = (HH)|1\rangle = I|1\rangle = |1\rangle$
    4. 测量演算:初始 $|+\rangle$ → 测得 0 的概率 $|1|^2 = 100\%$;初始 $|-\rangle$ → 测得 1 的概率 $|1|^2 = 100\%$
  • 结果框(大数字):$|+\rangle$ →H→ 0(100%);$|-\rangle$ →H→ 1(100%)——确定性演化把相位搬进概率,完美区分
类型definition-derivation(重点页,占满)