Superpositsioon

Superpositsioon on põhimõte füüsikas, mille kohaselt süsteem võib olla kirjeldatud ühe või mitme seisundi lineaarse kombinatsioonina. See tuleneb lineaarsete võrrandite omadustest ja kehtib nii klassikalises lainete teoorias kui ka kvantfüüsikas.

Klassilises kontekstis tähendab see, et lahenduste koostoimet saab liita. Seetõttu tekivad interferentsimustrid, kui kaks või enamat lainet ühiselt mõjutavad sama ruumi. Amplituudide summeerimine võib anda konstruktivset või destruktiivset interferentsi. Näideteks on valgusinterferents, helilainete koostoimed ja vee lainete koostoimed.

Kvantmehaanikas tähendab superpositsioon, et süsteem võib olla lineaarne kombinatsioon baasolekutest. Näiteks spin-1/2 osake võib olla ψ = α|↑⟩ + β|↓⟩, kus α ja β on kompleksarvud ning tõenäosused on |α|^2 ja |β|^2. Kui süsteem koosneb mitmest osakesest, kirjeldatakse oleku ruumi tensor-tootena. Mõõtmise käigus valitakse teatud baas ja saavutatakse kindel tulemus, mille tõenäosus määratakse amplituudide kaudu.

Mõõtmisega kaasneb interferentsi mustrite ilmnemine; keskkonna kaasamine tekitab dekoherentsuse, mis vähendab või kaotab nähtava interferentsi ja viib klassikalise segu tekkimiseni makroskoopsetes süsteemides.

Ajalooline taust ja rakendused hõlmavad valgusinterferentsi ja kvantsete seaduste arengut ning tänapäeval mängivad superpositsioon ning selle omadused keskset rolli kvantarvutites, kvantkommunikatsioonis ja kvantkryptograafias.