การซ้อนทับคืออะไร

เสร็จสมบูรณ์เมื่อ

ก่อนที่เราจะสํารวจการซ้อนทับในบริบทของคิวบิตและสถานะควอนตัม มาเริ่มกันที่ตัวอย่างเพื่อช่วยให้เข้าใจว่าการซ้อนทับทํางานอย่างไร

ในหน่วยนี้ คุณจะได้เรียนรู้วิธีอธิบายสถานะควอนตัมของระบบที่ประกอบด้วยแมวและกล่อง

คุณอธิบายสถานะควอนตัมของระบบอย่างไร?

ลองนึกภาพว่าคุณมีแมวและกล่อง และคุณต้องการอธิบายการกําหนดค่าที่เป็นไปได้ของระบบแมวและกล่อง ตัวอย่างเช่น แมวในกล่อง แมวที่อยู่ข้างกล่อง เป็นต้น

สมมติว่ามีการกําหนดค่าที่เป็นไปได้หกแบบ:

• แมวอยู่ด้านบนของกล่อง
• แมวในกล่อง
• แมวใต้กล่อง
• แมวข้างกล่อง
• แมวหน้ากล่อง
• แมวหลังกล่อง

การกําหนดค่าอื่นๆ เช่น กล่องภายในแมว ไม่สามารถทําได้จริง ดังนั้นเราจึงไม่พิจารณาการกําหนดค่าเหล่านั้น

การกําหนดค่าทั้งหกนี้เป็นสถานะที่แตกต่างกันที่เป็นไปได้ซึ่งเราสามารถหาระบบแมวและกล่องได้ แต่เนื่องจากนี่เป็นระบบแมวและกล่องควอนตัม เราจึงไม่สามารถคาดเดาได้อย่างแม่นยําว่าระบบจะอยู่ในสถานะใดในหกสถานะเมื่อเราดู แล้วเราจะอธิบายสถานะของระบบนี้อย่างไรก่อนที่เราจะดูมัน?

เราอธิบายระบบว่าเป็นการซ้อนทับของสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหกสถานะในเวลาเดียวกัน ในแง่คณิตศาสตร์ สถานะการซ้อนทับคือผลรวมหรือการรวมกันเชิงเส้นของสถานะที่แตกต่างกันทั้งหกสถานะ มันค่อนข้างงี่เง่า แต่นี่คือลักษณะของการซ้อนทับของระบบแมวและกล่องของเรา:

แต่เดี๋ยวก่อน - ยังมีอีก! สถานะควอนตัมมีความน่าจะเป็น ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ที่ระบบแมวและกล่องจะพบว่าอยู่ในแต่ละสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหกสถานะ มีความเป็นไปได้มากกว่าที่แมวจะถูกพบว่าอยู่ในกล่องมากกว่าอีกห้ารัฐ แต่ละสถานะจะถ่วงน้ําหนักตามความน่าจะเป็นที่จะเกิดขึ้น ดังนั้นสถานะการซ้อนทับของเราจึงมีลักษณะดังนี้:

สังเกตว่าความน่าจะเป็นรวมเป็น 100% สําหรับทั้งหกรัฐ สิ่งนี้สมเหตุสมผลเพราะเรามักจะพบว่าระบบอยู่ในสถานะที่เป็นไปได้อย่างใดอย่างหนึ่งเมื่อเราสังเกตระบบ ในชีวิตจริง แมวและกล่องเป็นวัตถุคลาสสิก ไม่ใช่วัตถุควอนตัม ดังนั้นตัวอย่างของเราจึงค่อนข้างงี่เง่า แต่วัตถุควอนตัม เช่น โฟตอน อิเล็กตรอน อะตอม และโมเลกุล มีพฤติกรรมในลักษณะความน่าจะเป็นนี้อย่างแท้จริงในชีวิตจริง

ในโลกควอนตัม เราอธิบายสถานะของระบบว่าเป็นการรวมกันของสถานะทั้งหมดที่เราสามารถหาระบบได้ นี่คือปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการซ้อนทับ

ในหน่วยถัดไป คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับการซ้อนทับในบริบทของระบบควอนตัมจริง และบทบาทของการซ้อนทับในการประมวลผลควอนตัม