Superpositiontilassa

Superpositiontilassa tarkoitetaan tilaa, jossa kvanttijärjestelmä ei ole yksittäisessä eigentilassaan, vaan se voidaan esittää lineaarisena yhdistelmänä useista tiloista. Tilaa kuvaa aaltofunktio ψ ja sitä merkitään usein muodossa ψ = α|0> + β|1>, missä |0> ja |1> ovat basis-tiloja ja α sekä β ovat kompleksilukuja, joiden neliöt summautuvat yhteen (|α|^2 + |β|^2 = 1). Tällainen tila sisältää useita mahdollisia tuloksia yhtä aikaa.

Kun järjestelmä mitataan jokin observabeli, mittaustulos on yksi arvo ja todennäköisyydet määräytyvät Bornin säännön mukaan: todennäköisyys löytää tila |0> on |α|^2 ja tila |1> on |β|^2. Koherenssi mahdollistaa interferenssin, jossa tilojen aaltomaiset osat voivat vahvistua tai kumoutua riippuen niiden vaiheesta.

Esimerkkejä superpositionista ovat elektronin spini up ja down sekä fotonien polarisaatiot; myös hiukkanen voi olla superpositiossa useammassa paikassa. Interferenssissä kokeissa havaitaan kuvioita, jotka osoittavat koherentin tilan yhteistoiminnan. Näin voidaan nähdä ilmiöitä, joita ei selitä klassisella sekoituksella.

Ympäristön vuorovaikutus saa superpositionin näyttämään klassiselta käytännössä dekoherenssin kautta, vaikka koko järjestelmä säilyttäisi koherenssinsa periaatteessa. Tämä selittää, miksi suurissa järjestelmissä superpositioni ei käytännössä ole havaittavissa. Superpositionti on keskeinen käsite kvanttisovelluksissa, kuten kvanttitietokoneissa ja kvantti-ilmiöiden tutkimuksessa.