相位實驗室PHASE LAB / GEOMETRY
ONE STATE, TWO VIEWS

同一個態,兩種看法。

在平面上看鏡射,在球面上看旋轉。
拖動參數,讓兩張圖一起回答。

H:振幅平面對 22.5° 軸鏡射;Bloch 球繞 x、z 中間的軸轉 180°。

振幅平面

此圖顯示 α、β 的實部與虛部。數值另列於圖下方。
輸出實部輸出虛部輸入 · 虛線

橫軸為 α、縱軸為 β;兩支箭頭合起來才是完整量子態。

Bloch 球

拖曳轉動視角
球面向量對應同一量子態;x、y、z 數值另列於圖下方。
輸出態輸入態旋轉軸所選路徑
球面表示狀態,不是粒子位置。
目前輸出振幅
α = β =
總長度平方1.000|α|² + |β|²
此刻的 Z 測量機率
0:50% 1:50%
Bloch 座標
已正規化

播放採用連續酉路徑;鏡射中途可能出現虛部,不是硬體脈衝模擬。

從哪個態出發?

|ψ⟩ = eiχ[cos(θ/2)|0⟩ + eiφ sin(θ/2)|1⟩] 整體相位會轉動振幅,Bloch 球上的點保持相同。

為什麼鏡射會變成旋轉?公式與模型範圍

兩張圖讀同一份振幅

振幅切面把 (Re α, Re β) 與 (Im α, Im β) 分成兩支箭頭。沒有虛部時,才是熟悉的實數單位圓。複數相位視圖則以 (Re, Im) 為軸,分別繪製 α、β。

Bloch:x = 2 Re(α*β),y = 2 Im(α*β),z = |α|² − |β|²。整體相位不同的兩個向量,可以對應同一個球面點。

鏡射的軸,旋轉的軸

M(η) = cos(2η) Z + sin(2η) X。它在實數振幅平面對 η 軸鏡射,在 Bloch 球上繞 n = (sin 2η, 0, cos 2η) 轉 π。H、X、Z 分別取 η = 22.5°、45°、0°。

播放路徑 U(t) = eiπt/2[cos(πt/2) I − i sin(πt/2) M],0 ≤ t ≤ 1。這是選定的一條酉路徑,終點精確等於 M;不是把實數箭頭直線拉到另一邊。

旋轉與平移

Rn(δ) = cos(δ/2) I − i sin(δ/2) n·σ。Ry 在實數振幅平面轉 δ/2,Bloch 球轉 δ。360° 旋轉後振幅整體反號,球面點相同。

平移只對 Re α、Re β 加固定值,不自動正規化。非零平移不是線性酉操作;即使某個輸出恰好長度為 1,也不代表它是通用量子閘。此處不描述連續變數量子系統的位移閘。

這個模型能說什麼

只呈現單量子位元純態,沒有噪聲、測量塌縮或雙量子位元糾纏。機率是理論值,不是這一刻已測到的結果。球面拖曳只改變觀察視角。

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