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

$|{\psi }_p⟩=\sum _i{c}_i|i⟩,$

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

${\rho }_{\mathrm{p}\mathrm{u}\mathrm{h}\mathrm{d}\mathrm{a}\mathrm{s}}=|{\psi }_p⟩⟨{\psi }_p|.$

Tiheysmatriisin matriisiesityksessä komponentti $i,j$ on tällöin muotoa

${\rho }_{i,j}=⟨i|\rho |j⟩=c_i^{*}{c}_j.$

Sekoitettu tila on summa puhtaista tiloista eli sen tiheysmatriisi on muotoa

${\rho }_{\mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{k}\mathrm{o}\mathrm{i}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{t}\mathrm{t}\mathrm{u}}=\sum _p{w}_p|{\psi }_p⟩⟨{\psi }_p|.$

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.