Rx(θ)=exp(−iXθ/2)=[cos(θ/2)−isin(θ/2)−isin(θ/2)cos(θ/2)]
Ry(θ)=exp(−iYθ/2)=[cos(θ/2)−sin(θ/2)sin(θ/2)cos(θ/2)]
Rz(θ)=exp(−iZθ/2)=[exp(−iθ/2)00exp(iθ/2)]
としたとき、U=Rx(θ)Ry(θ)Rz(θ) について調べよう。
U=[cos(θ/2)−isin(θ/2)−isin(θ/2)cos(θ/2)][cos(θ/2)−sin(θ/2)sin(θ/2)cos(θ/2)][exp(−iθ/2)00exp(iθ/2)]
U=[cos(θ/2)−isin(θ/2)−isin(θ/2)cos(θ/2)][exp(−iθ/2)cos(θ/2)−sin(θ/2)exp(iθ/2)exp(−iθ/2)sin(θ/2)cos(θ/2)exp(iθ/2)]
U=[(cos2(θ/2)−isin2(θ/2))exp(−iθ/2)−(1+i)sin(θ/2)cos(θ/2)exp(iθ/2)(1−i)sin(θ/2)cos(θ/2)exp(−iθ/2)(cos2(θ/2)+isin2(θ/2))exp(iθ/2)]
c=cos(θ/2), s=sin(θ/2) と置いて
U=[(c2−is2)(c−is)−(1+i)sc(c+is)(1−i)sc(c−is)(c2+is2)(c+is)]=[c3−s3−i(cs2+c2s)−sc2+s2c−i(sc2+s2c)sc2−s2c−i(sc2+s2c)c3−s3+i(cs2+c2s)]
U=(c3−s3)I−isc(c+s)X−isc(c−s)Y−isc(s+c)Z
えー、(c3−s3)2+s2c2(2(c+s)2+(c−s)2)=1 となるようで、上手くいってそうですね。
ということで、U というのは、(cos(θ/2)+sin(θ/2),cos(θ/2)−sin(θ/2),cos(θ/2)+sin(θ/2)) 方向を軸として Θ=2cos−1(cos3(θ/2)−sin3(θ/2)) だけ回すようなものとなる。この最後の Θ は 0≤θ≤π の範囲内で Θ≈θ−0.03804sin2θ としてよく近似できるようだ。
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