Che cos'è la sovrapposizione?
Prima di passare ai qubit e alle operazioni nelle prossime unità, si inizia con un semplice esempio per comprendere il funzionamento della sovrapposizione.
In questa unità si apprenderà come descrivere lo stato globale di un sistema: un gatto e una scatola.
Come è possibile descrivere lo stato globale di un sistema?
Si supponga di avere un gatto e una scatola e di voler descrivere le possibili configurazioni del sistema gatto e scatola. Ad esempio, "il gatto all'interno della scatola", "il gatto accanto alla scatola" e così via.
Diciamo che ci sono sei configurazioni possibili: "il gatto sulla scatola", "il gatto dentro la scatola", "il gatto sotto la scatola", "il gatto accanto alla scatola", "il gatto davanti alla scatola" e "il gatto dietro alla scatola". La configurazione "la scatola dentro al gatto" non è fisicamente possibile, quindi non è presente nell'elenco.
Queste sei posizioni sono le singole configurazioni possibili del sistema "gatto e scatola". Come si può descrivere lo stato del sistema di gatto e scatola? È possibile sommare singole posizioni, come illustrato di seguito:
Tuttavia, solo la somma delle singole posizioni non cattura l'immagine completa. È anche necessario considerare la probabilità di trovare il gatto in ognuna delle singole posizioni. Ad esempio, il gatto è più probabile che sia accanto alla scatola che sotto di essa. Quindi, è necessario considerare ogni singola posizione in base alla sua probabilità.
Lo stato del sistema gatto e scatola è la somma delle sei diverse posizioni del gatto rispetto alla scatola, considerata la probabilità di trovare il gatto in tale posizione:
Il gatto e la scatola sono oggetti classici, quindi è possibile osservarli solo in una delle sei configurazioni possibili alla volta. Gatti e scatole vivono nel mondo classico, dove gli oggetti possono essere in un solo stato alla volta.
Tuttavia, nel mondo quantistico, le cose sono diverse. Anche un gatto quantistico e una scatola quantistica possono trovarsi in tutti e sei gli stati contemporaneamente. Questo fenomeno è detto sovrapposizione.
I gatti quantistici non esistono, per quanto si sappia, ma le particelle quantistiche esistono.
Nell'unità successiva verrà illustrata la sovrapposizione nel calcolo quantistico.