Wartości i wektory własne (1) Każda z macierzy Pauliego ma dwie wartości własne, +1 i −1.

(2) Wektory własne macierzy Pauliego (znormalizowane do 1):

– dla macierzy

– dla macierzy

– dla macierzy

Wektor macierzy Pauliego. Iloczyn skalarny (1) Wektor macierzy Pauliego zdefiniowany jest następująco:

gdzie – wersory osi układu współrzędnych kartezjańskich.

(2) Niech dany będzie wektor taki że

Wtedy iloczyn skalarny wektora macierzy Pauliego przez wektor ma postać:

(3) Tw. Dowolny wektor komutuje z wektorem macierzy Pauliego, gdyż mnożenie macierzy przez liczbę zawsze jest przemienne, np.

Twierdzenia

oraz

gdzie:

– wektor jednostkowy skierowany w dowolnym kierunku. Dowód (#1)

Dowód (#2)Najpierw zauważmy równość

(Może być udowodniona dla n=1 z użyciem relacji antykomutacji).

Dla pozostałych:

Połączenie tych dwóch faktów z wiedzą o relacjach eksponencjalnych z sin i cos:

Kiedy podstawimy

otrzymamy

Suma cosinusów po lewej stronie i suma sinusów po prawej, więc ostatecznie,