المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر


Quantum Stochastic Calculus  
  
709   03:26 مساءً   date: 14-7-2020
Author : Itô, K.
Book or Source : "On Stochastic Differential Equations." Mem. Amer. Math. Soc. No. 4, 1951.
Page and Part : ...


Read More
Date: 25-11-2020 498
Date: 12-10-2020 538
Date: 31-10-2019 652

Quantum Stochastic Calculus

Let B_t={B_t(omega)/omega in Omega}t>=0, be one-dimensional Brownian motion. Integration with respect to B_t was defined by Itô (1951). A basic result of the theory is that stochastic integral equations of the form

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

(1)

can be interpreted as stochastic differential equations of the form

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

(2)

where differentials are handled with the use of Itô's formula

(dB_t)^2 = dt

(3)

dB_tdt = dtdB_t=(dt)^2=0.

(4)

Hudson and Parthasarathy (1984) obtained a Fock space representation of Brownian motion and Poisson processes. The boson Fock space Gamma=Gamma(L^2(R^+,C)) over L^2(R^+,C) is the Hilbert space completion of the linear span of the exponential vectors psi(f) under the inner product

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

(5)

where f,g in L^2(R^+,C) and <f,g>=int_0^(+infty)f^_(s)g(s)ds and z^_ is the complex conjugate of z.

The annihilation, creation and conservation operators A(f)A^|(f) and Lambda(F) respectively, are defined on the exponential vectors psi(g) of Gamma as follows,

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)

The basic quantum stochastic differentials dA_tdA_t^|, and dLambda_t are defined as follows,

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 and Parthasarathy (1984) defined stochastic integration with respect to the noise differentials of Definition 3 and obtained the Itô multiplication table

· dA_t^| dLambda_t dA_t dt
dA_t^| 0 0 0 0
dLambda_t dA_t^| dLambda_t 0 0
dA_t dt dA_t 0 0
dt 0 0 0 0

The two fundamental theorems of the Hudson-Parthasarathy quantum stochastic calculus give formulas for expressing the matrix elements of quantum stochastic integrals in terms of ordinary Lebesgue integrals. The first theorem states that is

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

(12)

where EFGH are (in general) time-dependent adapted processes. Let also u tensor psi(f) and v tensor psi(g) be in the exponential domain of H tensor Gamma, then

 <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)

The second theorem states that if

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

(14)

and

(15)

where EFGH are (in general) time dependent adapted processes and also u tensor psi(f) and v tensor psi(g) be in the exponential domain of H tensor Gamma, then

(16)

The fundamental result that connects classical with quantum stochastics is that the processes B_t and P_t defined by

 B_t=A_t+A_t^|

(17)

and

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

(18)

are identified, through their statistical properties, e.g., their vacuum characteristic functionals

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

(19)

and

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

(20)

with Brownian motion and a Poisson process of intensity lambda, respectively.

Within the framework of Hudson-Parthasarathy quantum stochastic calculus, classical quantum mechanical evolution equations take the form

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

(21)

U_0 = 1,

(22)

where, for each t>=0U_t is a unitary operator defined on the tensor product H tensor Gamma(L^2(R^+,C)) of a system Hilbert space H and the noise (or reservoir) Fock space Gamma. Here, HLW are in B(H), the space of bounded linear operators on H, with W unitary and H self-adjoint. Notice that for L=W=-1, equation (21) reduces to a classical stochastic differential equation of the form (2). Here and in what follows we identify time-independent, bounded, system space operators X with their ampliation X tensor 1 to H tensor Gamma(L^2(R^+,C)).

The quantum stochastic differential equation (analogue of the Heisenberg equation for quantum mechanical observables) satisfied by the quantum flow

 j_t(X)=U_t^*XU_t,

(23)

where X is a bounded system space operator, is

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)

for t in [0,T].

The commutation relations associated with the operator processes A_tA_t^| are the canonical (or Heisenberg) commutation relations, namely

 [A_t,A_t^|]=tI.

(26)

 


REFERENCES:

Hudson, R. L. and 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. An Introduction to Quantum Stochastic Calculus. Boston, MA: Birkhäuser, 1992.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.