thumb|Wolfgang Pauli (1900–1958) Macierze Pauliego (spinowe macierze Pauliego) – zbiór 3 zespolonych macierzy hermitowskich wymiaru 2×2 wprowadzony w 1927 roku przez Wolfganga Pauliego w celu opisu spinu elektronu w mechanice kwantowejWolfgang Pauli, Zur Quantenmechanik des magnetischen Elektrons, „Zeitschrift für Physik”, Bd. 43, 1927, s. 601.:

W fizyce niekiedy używa się oznaczeń i

Czasem używa się również symbolu σ0 na oznaczenie macierzy jednostkowej wymiaru choć najczęściej macierz jednostkową oznacza się symbolem tj.

Macierze Pauliego wraz z macierzą jednostkową tworzą bazę, w rozumieniu Hilberta-Schmidta: w zespolonej przestrzeni Hilberta macierzy zespolonych wymiaru 2×2 oraz w rzeczywistej przestrzeni Hilberta zespolonych macierzy Hermitowskich o wymiarze

Właściwości algebraiczne Niech oznacza macierz jednostkową.

(1) Wyznaczniki i ślady macierzy Pauliego spełniają równania:

gdzie

(2) Iloczyny macierzy Pauliego

a) Obliczając iloczyny macierzy Pauliego, otrzyma się:

itd.

b) Ogólnie mamy:

gdzie

(3) Z powyższych wzorów wynikają relacje komutacji oraz antykomutacji, np.

gdzie komutator i antykomutator zdefiniowane są następująco:

Ogólnie mamy:

gdzie: – symbol Leviego-Civity, – delta Kroneckera.

(4) Inna własność macierzy Pauliego:

Wartości i wektory własne (1) Każda z macierzy Pauliego ma dwie wartości własne, +1 i −1.

(2) Wektory własne macierzy Pauliego (znormalizowane do 1):

– dla macierzy

– dla macierzy

– dla macierzy

Wektor macierzy Pauliego. Iloczyn skalarny (1) Wektor macierzy Pauliego zdefiniowany jest następująco:

gdzie – wersory osi układu współrzędnych kartezjańskich.

(2) Niech dany będzie wektor taki że

Wtedy iloczyn skalarny wektora macierzy Pauliego przez wektor ma postać:

(3) Tw. Dowolny wektor komutuje z wektorem macierzy Pauliego, gdyż mnożenie macierzy przez liczbę zawsze jest przemienne, np.

Twierdzenia

oraz

gdzie:

– wektor jednostkowy skierowany w dowolnym kierunku. Dowód (#1)

Dowód (#2)Najpierw zauważmy równość

(Może być udowodniona dla n=1 z użyciem relacji antykomutacji).

Dla pozostałych:

Połączenie tych dwóch faktów z wiedzą o relacjach eksponencjalnych z sin i cos:

Kiedy podstawimy

otrzymamy

Suma cosinusów po lewej stronie i suma sinusów po prawej, więc ostatecznie,

Informatyka kwantowa Macierze Pauliego mają wielkie znaczenie w informatyce kwantowej. Wykorzystywane są jako bramki jednokubitowe. Oznacza się je zwyczajowo jako kolejno dla

Zobacz też równanie Pauliego spinor Pauliego

Inne: algebra Liego kwaterniony macierze Diraca wektor Blocha

Przypisy

Linki zewnętrzne

Macierze Pauliego w encyklopedii PlanetMath Pauli matrices , Encyclopedia of Mathematics, encyclopediaofmath.org [dostęp 2024-10-05].

Kategoria:Przykłady macierzy kwadratowych Kategoria:Mechanika kwantowa