Superpositioita

Superpositioita on ilmiö, jossa fysikaalinen järjestelmä voi olla useammassa tilassa samanaikaisesti. Periaate on yleinen lineaarisissa järjestelmissä ja se on keskeinen sekä klassisessa aallon ja signaalin käsittelyssä että kvanttifysiikassa, jossa se kuvaa monien tilojen yhteissijoittumista ennen mittausta.

Kvanttisessa kontekstissa tila kuvataan tilavektorina ja voidaan esittää lineaarisena yhdistelmänä perustiloista. Esimerkiksi kahvilailla tilassa voidaan kirjoittaa |ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩, jossa |0⟩ ja |1⟩ ovat perustiloja ja α sekä β ovat kompleksilukuja. Koherentin superposition avulla järjestelmä on ennen mittausta sekä tilassa 0 että tilassa 1 tavalla, jonka amplitudit määrittävät todennäköisyydet.

Mittausprosessissa järjestelmä tuottaa yhden tuloksen ja koherenssi häviää. Bornin säännön mukaan tilatulojen todennäköisyydet ovat |α|^2 ja |β|^2, ja näiden summan on oltava yksi. Tämä havainnollistaa, miten superpositio johtaa ilmiöihin kuten interferenssi, kun eri polut tai tilat yhdistyvät toistensa vaikutuksella.

Superpositioita ilmenee laajasti sekä klassisissa että kvanttisissa järjestelmissä, esimerkiksi valon interferenssissä ja kvanttitietokoneiden qubiteissa. Kvanttitieto perustuu usein superpositioon sekä lomittuneisuuteen, mutta ympäristön vuorovaikutus aiheuttaa decoherenssia, jolloin järjestelmä käyttäytyy lopulta klassisesti.