(4) Każda macierz ortogonalna jest unitarna, ponieważ jest szczególnym przypadkiem macierzy unitarnych, np. macierz obrotu:

Macierze unitarne w fizyce Macierze unitarne są powszechnie stosowane w mechanice kwantowej.

Macierz ewolucji czasowej Dla przykładu operator ewolucji czasowej wektora stanu układu kwantowego można przedstawić w postaci macierzy unitarnej; wektor stanu w chwili otrzymuje się z pomnożenia wektora stanu w chwili przez macierz ewolucji czasowej czyli

Wektor sprzężony do powyższego wektora ma postać:

Ponieważ

długość wektora stanu w chwili wynosi

Macierz unitarna ewolucji czasowej zachowuje więc długość wektora stanu. Dzięki temu możliwe jest nadanie interpretacji probabilistycznej formalizmowi mechaniki kwantowej.

Wartość oczekiwana pomiaru Wartość oczekiwaną pomiaru w chwili z pomiaru wykonanego na zespole identycznie przygotowanych układów kwantowych, gdzie pomiarowi wielkości fizycznej odpowiada operator pomiaru (reprezentowany przez macierz hermitowską), oblicza się ze wzoru:

co oznacza, że należy obliczyć wynik działania operatora pomiaru na stan układu w chwili i pomnożyć wynik przez wektor sprzężony.