Superposisiossa

Superposisiossa tarkoitetaan tilaa, jossa kvanttisysteemin tila voidaan kuvata lineaarisena yhdistelmänä useammasta perustilasta. Tilaa kuvataan usein Hilbertin avaruuden vektorina ja kertoimet ovat kompleksilukuja; tilan normi on 1. Tämä lineaarinen rakenne mahdollistaa interferenssin ja aaltomaiset ominaisuudet.

Mittaustilanteessa järjestelmä ei varsinaisesti ole "tietyn tilan" kolkuttaja ennen mittausta, vaan se voidaan kuvata koherentteina superposiciona. Kun mittaus suoritetaan, järjestelmä siirtyy yhteen perustilasta ja todennäköisyydet määräytyvät amplitudien neliöillä (Bornin sääntö). Ennen mittausta tilaa pidetään koherenttina superposiciona, jonka vaiheilla on fyysinen merkitys.

Esimerkki: hiukkanen kaksoisraossa (kaksoislasi) voi kulkea sekä vasemman että oikean polun yhtä aikaa. Tämä superposisio johtaa interferenssikuvioihin, kun polut yhdistyvät kohti havaintoarvoja.

Kahden tilan järjestelmissä superposisiossa tilan voidaan kirjoittaa muodossa |ψ> = α|0> + β|1>, missä |α|^2 + |β|^2 = 1. Fasa ja amplitudit määrittävät todennäköisyydet eri mittaustuloksille, ja koherenssi vaikuttaa ilmentymiin.

On tärkeää erottaa superposisio klassisesta sekoituksesta. Sekoite tarkoittaa tilojen epäyhtenäistä joukkoa ilman koherenssia, jolloin interferenssi ei esiinny. Superposisio puolestaan tarkoittaa koherenttia yhdistelmää, jossa amplitudit voivat interferoida.

Sovellukset kattavat kvanttitekniikan perustan: kvanttilaskenta ja kvanttiteknologiat hyödyntävät superposisioa, samoin kvanttisensorit ja interferometria. Peruskonseptit liittyvät laajalti sekä teoriaan että kokeelliseen fysiikkaan.