重ね合わせとは
次のユニットで量子ビットと演算に入る前に、重ね合わせのしくみを理解するための簡単な例から始めましょう。
このユニットでは、システム (猫と箱) のグローバルな状態を記述する方法について学習します。
システムのグローバルな状態を記述する方法
猫と箱があります。ここで、猫と箱システムの可能な構成を記述するとします。 たとえば、"箱の中の猫"、"箱の横の猫" などです。
可能な構成として、"箱の上の猫"、"箱の中の猫"、"箱の下の猫"、"箱の横の猫"、"箱の前の猫"、"箱の後ろの猫"の 6 つがあるとします。"猫の中の箱" という構成は物理的に不可能であるため、リストに含めません。
これらの 6 つの位置が、システム "猫と箱" の個別の可能な構成です。猫と箱システムの状態はどのように記述できますか? 次のように、個々の位置をまとめることができます。
ただし、個々の位置をまとめるだけでは、全体像はキャプチャされません。 また、個々の位置で猫を見つけることの可能性も考慮する必要があります。 たとえば、猫は、箱の下よりも箱の横にいる可能性が高くなります。 そのため、個々の位置にその確率で重み付けする必要があります。
猫と箱システムの状態は、その位置で猫を見つける確率によって重み付けされた、箱に対する猫の 6 つの異なる位置の合計です。
猫と箱は古典的なオブジェクトであるため、一度に 6 つの構成のうちの 1 つでしか観察できません。 猫と箱は古典的な世界に存在します。その世界では、オブジェクトは一度に 1 つの状態でしかいられません。
しかし、量子の世界では事情が異なります。 量子猫と量子箱は、同時に 6 つの状態すべてである場合もあります。 この現象が重ね合わせと呼ばれます。
私たちが知る限り、量子猫は存在しませんが、量子粒子は存在します。
次のユニットでは、量子コンピューティングの重ね合わせについて確認します。