Un état quantique est l'objet mathématique qui encode toute l'information sur la préparation d'un système quantique nécessaire pour prédire les probabilités des résultats de mesure ; il est représenté par un vecteur d'état (état pur) ou par un opérateur densité (état mixte).

Principe

L'état détermine les espérances et les probabilités de résultats via les produits scalaires et la règle de Born ; il évolue selon la dynamique du système (unitairement si isolé) et peut être mis à jour par mesure ou interaction avec l'environnement.

Démonstration

Un système de spin-1/2 préparé 'up' selon z est décrit par un état quantique pur qui donne la probabilité un pour le résultat 'up' d'une mesure en z et un comportement d'interférence défini dans des bases appropriées ; un ensemble thermique est représenté par une matrice densité mixte.

Mauvaise application

Considérer l'état quantique comme un simple étiquetage d'une réalité classique sous-jacente ou supposer qu'il fournit des valeurs définies simultanément pour toutes les observables déforme son rôle opérationnel et conduit à des paradoxes sur les corrélations non locales.

Conséquence

L'utilisation correcte de l'état quantique permet des prédictions fiables, la manipulation de la superposition et de l'intrication, et l'inférence statistique des procédures de préparation en laboratoire et en technologies quantiques.

Inversion

Un état classique attribue des valeurs définies à chaque propriété d'un système simultanément ; par contraste, un état quantique encode typiquement une information probabiliste sur des observables incompatibles.

Limite

S'applique aux préparations pures et mixtes ; il n'est pas directement observable mais est inféré par mesure (tomographie d'état) ; il ne spécifie pas de valeurs de variables cachées sauf si complété par un modèle à variables cachées.

Tension sémantique

Il existe une tension entre les interprétations épistémiques (état comme connaissance) et ontiques (état comme propriété physique) ; différents cadres interprétatifs mettent l'accent sur l'une ou l'autre lecture.

Synthèse

Un état quantique est la représentation formelle — vecteur ou opérateur — de ce qui est connu de la préparation d'un système, utilisée pour calculer des probabilités et prédire le comportement dynamique dans le formalisme quantique.