第 5 课 · 测量系统化——Z-基、X-基、部分测量与期望值 · 模块一:基础与工具

部分测量:规则

  • 命题框:$n$ 比特态 $|\psi\rangle = \sum_x c_x|x\rangle$,只测前 $k$ 个比特,结果 $y \in \{0,1\}^{k}$
  • 推导步骤(由整串玻恩规则直接导出):
    1. 概率按前缀合并:$P(y) = \sum_{z\in\{0,1\}^{n-k}} |c_{yz}|^2$($yz$ = 前缀 $y$ 拼后缀 $z$)
    2. 条件态:前 $k$ 比特固定为 $|y\rangle$,其余坍缩到 $|\psi_y\rangle = (1/\sqrt{P(y)})\cdot\sum_z c_{yz}|z\rangle$
    3. 归一化验证:$\sum_z |c_{yz}/\sqrt{P(y)}|^2 = P(y)/P(y) = 1$ ✓
  • 结果框:除以 $\sqrt{P(y)}$ 恰好重新归一——条件态仍是单位矢量;整串测量是 $k = n$ 的特例
类型definition-derivation