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量子隨機微積分


B_t={B_t(omega)/omega in Omega}, t>=0, 為一維布朗運動。關於 B_t 的積分由 伊藤 (Itô) (1951) 定義。該理論的一個基本結果是,隨機積分方程的形式為

 X_t=X_0+int_0^tb(s,X_s)ds+int_0^tsigma(s,X_s)dB_s
(1)

可以解釋為隨機微分方程的形式

 dX_t=b(t,X_t)dt+sigma(t,X_t)dB_t,
(2)

其中微分使用 伊藤公式 處理

(dB_t)^2=dt
(3)
dB_tdt=dtdB_t=(dt)^2=0.
(4)

Hudson 和 Parthasarathy (1984) 獲得了布朗運動和 泊松過程福克空間 表示。玻色子福克空間 Gamma=Gamma(L^2(R^+,C))L^2(R^+,C) 上是指數向量 psi(f)希爾伯特空間 中的線性跨度的完備化,其 內積

 <psi(f),psi(g)>=e^(<f,g>),
(5)

其中 f,g in L^2(R^+,C)<f,g>=int_0^(+infty)f^_(s)g(s)dsz^_z複共軛

湮滅算符、創生算符和守恆算符 A(f), A^|(f)Lambda(F) 分別在 psi(g) 的指數向量 Gamma 上定義如下,

A_tpsi(g)=int_0^tg(s)dspsi(g)
(6)
A_t^|psi(g)=partial/(partialepsilon)|_(epsilon=0)psi(g+epsilonchi_([0,t]))
(7)
Lambda_tpsi(g)=partial/(partialepsilon)|_(epsilon=0)psi(e^(epsilonchi_([0,t])))g).
(8)

基本量子隨機微分 dA_t, dA_t^|, 和 dLambda_t 定義如下,

dA_t=A_(t+dt)-A_t
(9)
dA_t^|=A_(t+dt)^|-A_t^|
(10)
dLambda_t=Lambda_(t+dt)-Lambda_t.
(11)

Hudson 和 Parthasarathy (1984) 定義了關於定義 3 的噪聲微分的隨機積分,並獲得了伊藤乘法表

·dA_t^|dLambda_tdA_tdt
dA_t^|0000
dLambda_tdA_t^|dLambda_t00
dA_tdtdA_t00
dt0000

Hudson-Parthasarathy 量子隨機微積分的兩個基本定理給出了用普通 勒貝格積分 表示量子隨機積分的矩陣元素的公式。第一個定理指出

 M(t)=int_0^tE(s)dLambda(s)+F(s)dA(s) 
 +G(s)dA^|(s)+H(s)ds,
(12)

其中 E, F, G, H 是(通常)時間相關的適應過程。設 u tensor psi(f)v tensor psi(g)H tensor Gamma 的指數域中,則

 <u tensor psi(f),M(t)v tensor psi(g)> 
=int_0^t<u tensor psi(f),(f^_(s)g(s)E(s)
 +g(s)F(s)+f^_(s)G(s)+H(s))v tensor psi(g)>ds
(13)

第二個定理指出,如果

 M(t)=int_0^tE(s)dLambda(s)+F(s)dA(s)+G(s)dA^|(s)+H(s)ds
(14)

 M^'(t)=int_0^tE^'(s)dLambda(s)+F^'(s)dA(s) 
 +G^'(s)dA^|(s)+H^'(s)ds,
(15)

其中 E, F, G, H, E^', F^', G^', H^' 是(通常)時間相關的適應過程,並且 u tensor psi(f)v tensor psi(g)H tensor Gamma 的指數域中,則

 <M(t)u tensor psi(f),M^'(t)v tensor psi(g)>int_0^t{<M(s)u tensor psi(f),[f^_(s)g(s)E^'(s)+g(s)F^'(s)+f^_(s)G^'(s)+H^'(s)]v tensor psi(g)>+<[g^_(s)f(s)E(s)+f(s)F(s)+g^_(s)G(s)+H(s)]u tensor psi(f),M^'(s)v tensor psi(g)>+<[f(s)E(s)+G(s)]u tensor psi(f),[g(s)E^'(s)+G^'(s)]v tensor psi(g)>}ds.
(16)

連線經典隨機過程與量子隨機過程的基本結果是,由下式定義的過程 B_tP_t

 B_t=A_t+A_t^|
(17)

 P_t=Lambda_t+sqrt(lambda)(A_t+A_t^|)+lambdat
(18)

透過它們的統計性質(例如,它們的真空特徵泛函)來識別,

 <psi(0),e^(isB_t)psi(0)>=e^(-ts^2/2)
(19)

 <psi(0),e^(isP_t)psi(0)>=e^(lambda(e^(is)-1)t)
(20)

分別與布朗運動和強度為 lambda 的泊松過程相同。

在 Hudson-Parthasarathy 量子隨機微積分的框架內,經典量子力學演化方程採用以下形式

dU_t=-[(iH+1/2L^*L)dt+L^*WdA_t-LdA_t^|+(1-W)dLambda_t]U_t
(21)
U_0=1,
(22)

其中,對於每個 t>=0, U_t 是在系統 希爾伯特空間 H 和噪聲(或儲層)福克空間 Gamma張量積 H tensor Gamma(L^2(R^+,C)) 上定義的酉算符。這裡,H, L, WB(H) 中,H 上有界線性算符的空間,其中 W 是酉的,H 是自伴的。請注意,對於 L=W=-1,方程 (21) 簡化為形式 (2) 的經典隨機微分方程。在此以及接下來的內容中,我們將時間無關的、有界的系統空間算符 X 與它們在 H tensor Gamma(L^2(R^+,C)) 上的擴充套件 X tensor 1 相同看待。

量子流滿足的量子隨機微分方程(量子力學可觀測量的海森堡方程的類似物)

 j_t(X)=U_t^*XU_t,
(23)

其中 X 是有界系統空間算符,為

dj_t(X)=j_t(i[H,X]-1/2(L^*LX+XL^*L-2L^*XL))dt+j_t([L^*,X]W)dA_t+j_t(W^*[X,L])dA_t^|+j_t(W^*XW-X)dLambda_t
(24)
j_0(X)=X
(25)

對於 t in [0,T]

與算符過程 A_t, A_t^| 相關的對易關係是正則(或海森堡)對易關係,即

 [A_t,A_t^|]=tI.
(26)

此條目由 Andreas Boukas 貢獻

使用 探索

參考文獻

Hudson, R. L. 和 Parthasarathy, K. R. "Quantum Ito's Formula and Stochastic Evolutions." Comm. Math. Phys. 93, 301-323, 1984.Itô, K. "On Stochastic Differential Equations." Mem. Amer. Math. Soc. No.  4, 1951.Parthasarathy, K. R. 量子隨機微積分導論。 Boston, MA: Birkhäuser, 1992.

在 中被引用

量子隨機微積分

請引用為

Boukas, Andreas. "量子隨機微積分。" 來自 Web 資源,由 Eric W. Weisstein 建立。 https://mathworld.tw/QuantumStochasticCalculus.html

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