¿Son correctas estas manipulaciones de bra-ket?

Estoy leyendo un artículo antiguo ("Función de Wigner y otras distribuciones en espacios de fase simulados", Balazs y Jennings, Phys. Rep. 104(6), 1984), y encontré la siguiente afirmación (en la que q ^ y pag ^ son un par de operadores canónicos generalizados y ρ ^ es algún operador de densidad):

También podemos evaluar Tr [ d ( q ^ q ) d ( pag ^ pag ) ρ ^ ] o Tr [ d ( pag ^ pag ) d ( q ^ q ) ρ ^ ] ... Estas cantidades, sin embargo, no son las mismas, no son simétricas en pag ^ y q ^ y no son positivos en todas partes. Además, serán complejos.

Me pareció intuitivo que estos rastros podrían ser diferentes en general (ya que q ^ y pag ^ no conmutar), pero no estaba tan claro que esta cantidad podría ser negativa o imaginaria, aunque claramente la función de onda en la base de la posición o el momento puede serlo.

Así que traté de ver esto evaluando un poco. Dejar ρ ^ = | ψ ψ | y | ψ = d q ψ ( q ) | q en la base de la posición. Luego pensé en hacer el trazo en la base de posición, es decir

Tr [ d ( q ^ q ) d ( pag ^ pag ) ρ ^ ] = d q q | d ( q ^ q ) d ( pag ^ pag ) ρ ^ | q = d q d q q | d ( q ^ q ) d ( pag ^ pag ) | q q | q | ψ ( q ) | 2 = d q d q q | d ( q ^ q ) d ( pag ^ pag ) | q | ψ ( q ) | 2 = q | d ( pag ^ pag ) | q | ψ ( q ) | 2 = d pag q | d ( pag ^ pag ) | pag pag | q | ψ ( q ) | 2 = q | pag pag | q | ψ ( q ) | 2 = | q | pag | 2 | ψ ( q ) | 2

que es siempre real y positivo, contrariamente a la declaración del papel. Así que tengo que creer que he hecho algo mal. Cualquier ayuda para señalar mi error sería muy apreciada.

Su error condenatorio está en la segunda línea: q | ρ ^ | q q | q | ψ ( q ) | 2 ...!! Primero elimine todos los operadores, mediante la inserción de estados completos, y solo luego inserte funciones de onda en el elemento de matriz altamente asimétrico de la matriz de densidad.
Oh, parece que tienes razón; ese elemento de la matriz es algo así como ψ ( q ) ψ ( q ) , ¿bien? Gracias, Cosmas.
Bien. ¿Todavía necesitas ver la falta de realidad? Es sencillo, y nunca necesitas seguir tu camino.
Sí, aunque lo seguí de todos modos, ese resultado por sí solo es suficiente para que lo obtenga intuitivamente. Gracias de nuevo.

Respuestas (1)

Es sencillo ver que tu expresión no siempre es real. Escribiendo tu segunda línea correctamente, tienes

Tr [ d ( q ^ q ) d ( pag ^ pag ) ρ ^ ] = d q q | d ( q ^ q ) d ( pag ^ pag ) ρ ^ | q = d q d ( q q ) q | d ( pag ^ pag ) ρ ^ | q = q | d ( pag ^ pag ) ρ ^ | q = d pag q | pag pag | d ( pag ^ pag ) ρ ^ | q mi i q pag / pag | ρ ^ | q = mi i q pag / ϕ ( pag ) ψ ( q )   ,
entonces, para una función de onda gaussiana real, que también es una gaussiana real en el espacio de momento, manifiestamente ve la fase multiplicando una cantidad real.

Algunos de los ejercicios aquí cubren estos.