Monografia: Fundamentos Matemáticos da Separabilidade - UFMG

CAPÍTULO 4. GEOMETRIA DO ESPAÇO DE ESTADOS 34
Em particular, isso implica que α = −1 não corresponde a um estado
válido para n ≥ 3, o que demonstra meu comentário anterior. Na verdade,
demonstramos algo mais forte: um estado puro P, na circunsfera, determina
unicamente um estado misto ρ ⋆ na insfera, através da fórmula
ρ ⋆ = 1 (1 − P)
n − 1
Desta forma, podemos dizer que existe na insfera uma cópia homotética dos
estados (puros) da circunsfera. Provavelmente isso dará origem a alguma bela
representação, mas ainda não fui capaz de encontrar uma projeção em R 3 que
a exiba.
Além disso, este estado misto tem necessariamente posto n − 1, pois por
construção ele possui apenas um autovalor nulo. Esta dualidade entre os
pontos puros e os pontos de posto n − 1 é uma característica marcante da
geometria de um simplexo; e é possível transformar esta reminiscência numa
ferramenta de representação, nos possibilitando um vislumbre dos espaços
de dimensão maior.
4.3 Simplexo dos autovalores
A idéia por trás dessa representação é simples: toda matriz auto-adjunta
pode ser diagonalizada através de uma transformação unitária. Então para
qualquer estado quântico posso escrever
ρ = UdU ∗
onde d é uma matriz diagonal com os autovalores de ρ. Então podemos
fazer uma projeção em M (n) fixando uma unitária e representando apenas os
autovalores. O surpreendente é que essa representação é bastante poderosa,
sendo capaz de mostrar várias características essenciais do espaço de estados.
Utilizarei a notação M (n) para designar o simplexo de autovalores de M (n) .
Lembre-se que um estado ρ ∈ M (n) possui n autovalores positivos que somam
para 1. Ora, essa é a definição de um (n − 1)-simplexo. Isso significa que
agora seremos capazes de desenhar também M (3) e M (4) , tendo finalmente
uma visualização dos estados emaranhados.
Por enquanto, vamos descrever apenas a estrutura que vale para qualquer
unitária. Logo mais, estudaremos a estrutura que surge com a escolha de uma
U específica.
Figura 4.1: Simplexo dos autovalores para M (2) .
No caso de M (2) , a figura 4.1 é útil apenas para mostrar o quão radical é a
simplificação: a bola de Bloch se reduz a uma linha e os estados puros a dois