Mi az a szuperpozíció?
Mielőtt a qubitek és kvantumállapotok kontextusában vizsgálnánk meg a szuperpozíciót, kezdjük egy példával, amely segít megérteni a szuperpozíció működését.
Ebben a leckében megtanulhatja, hogyan ismertetheti egy macska és egy dobozból álló rendszer kvantumállapotát.
Hogyan írja le a rendszer kvantumállapotát?
Tegyük fel, hogy van egy macskája és egy doboza, és le szeretné írni a macska-box rendszer lehetséges konfigurációit. Például a dobozon belüli macska, a doboz melletti macska stb.
Tegyük fel, hogy hat lehetséges konfiguráció létezik:
- A macska a doboz tetején
- A macska a dobozon belül
- A macska a doboz alatt
- A doboz melletti macska
- A macska a doboz előtt
- A macska a doboz mögött
Más konfigurációk, például a macska belsejében lévő doboz, fizikailag nem lehetségesek, ezért ezeket a konfigurációkat nem vesszük figyelembe.
Ez a hat konfiguráció a lehetséges különböző állapotok, amelyekben megtalálhatjuk a macska-box rendszert. De mivel ez egy kvantumkategorikus rendszer, nem tudjuk pontosan megjósolni, hogy a hat állapot közül melyikben lesz a rendszer, amikor megnézzük. Hogyan írhatjuk le a rendszer állapotát, mielőtt megnézzük?
Nos, a rendszert mind a hat lehetséges állam szuperpozíciójaként írjuk le egyszerre. Matematikai értelemben a szuperpozíciós állapot mind a hat különböző állapot összege vagy lineáris kombinációja. Ez egy kicsit buta, de így néz ki a macska-box rendszerünk szuperpozíciója:
De várjon , van még! A kvantumállapotok valószínűségi értékek, ezért valószínű, hogy a macska-doboz rendszer mind a hat lehetséges állapotban megtalálható. És legyünk őszinték, nagyobb a valószínűsége annak, hogy a macska a dobozon belül van, mint bármelyik másik öt államban. Az egyes állapotok súlyozása a bekövetkezésének valószínűsége alapján történik, ezért a szuperpozíciós állapotunk a következőképpen néz ki:
Figyelje meg, hogy a valószínűségek mind a hat állam esetében 100%. Ennek van értelme, mert mindig úgy találjuk, hogy a rendszer az egyik lehetséges állapotban van, amikor megfigyeljük a rendszert. A valós életben a macskák és a dobozok klasszikus objektumok, nem kvantumobjektumok, ezért a példánk kissé buta. De a kvantumobjektumok, mint a fotonok, elektronok, atomok és molekulák, valóban ilyen valószínűségi módon viselkednek a valós életben.
A kvantumvilágban a rendszer állapotát az összes olyan állapot kombinációjaként írjuk le, amelyben a rendszer megtalálható. Ez a szuperpozíciónak nevezett jelenség.
A következő leckében megismerheti a szuperpozíciót egy tényleges kvantumrendszer kontextusában, és azt, hogy a szuperpozíció milyen szerepet játszik a kvantum-számítástechnikában.