Stan mieszany – nie w pełni określony stan układu kwantowego (patrz stan kwantowy). Jest on probabilistyczną mieszaniną stanów czystych – stąd nazwa. Oznacza to, że stan mieszany z pewnymi prawdopodobieństwami klasycznymi może znajdować się w różnych stanach czystych. Jest to sytuacja odmienna od zasady superpozycji kwantowej dla stanów czystych. Superpozycja kwantowa różnych stanów dopuszcza interferencję między tymi stanami. W przypadku mieszaniny statystyczej różnych stanów mamy do czynienia z całkowicie niezależnymi realizacjami.
Opis Stan mieszany nie daje się opisać przez funkcję falową czy też ogólniej wektor stanu. Taki opis możliwy jest jedynie dla stanów czystych. Stan mieszany opisuje się za pomocą macierzy gęstości.
Niech będą stanami czystymi, w których z prawdopodobieństwami znajduje się nasz stan mieszany. Macierz gęstości stanu mieszanego wyraża się wtedy wzorem
W szczególności widać, że dla stanu czystego macierz gęstości jest operatorem rzutowym na wektor stanu.
Dla stanu mieszanego, niebędącego jednocześnie stanem czystym, spełniony jest warunek:
podczas gdy dla stanu mieszanego będącego stanem czystym mamy
Ze względu na fakt, że stan mieszany jest probabilistyczną mieszaniną stanów czystych, mamy