superpositioissa

Superpositio on käsite, jota käytetään sekä klassisessa että kvanttisessa fysiikassa sekä signaalien käsittelyssä. Yleisesti ottaen se tarkoittaa, että lineaarisessa järjestelmässä vaste tai tulos voidaan esittää erillisten vaikutusten summana. Tämä pätee erityisesti aaltoliikkeisiin ja lineaarisiin differensiaali- sekä differentiaaliyhtälöihin, joiden ratkaisut muodostavat lineaarisen tilan.

Fysikaalisissa aalloissa ja optiikassa superpositioperiaate tarkoittaa, että kahden erillisen aaltokentän yhteisvaikutus on näiden aaltojen summa. Tulos voi johtaa interferenssiin ja diffraktioon. Esimerkiksi Fourier-analyysi ja signaalinkäsittely hyödyntävät tätä, kun monia siniaaltoja voidaan yhdistää tai erottaa toisistaan.

Kvanttifysiikassa tilan superpositio tarkoittaa, että järjestelmä voi olla yhtä aikaa useamman kuin yhden perustilan superpositio. Tilaa kuvaa yleensä kompleksinen tilavektori, jonka kertoimet ovat amplitudiarvoja. Mittauksessa havaittu tila on yksi perus tiloista, ja todennäköisyydet määräytyvät amplitudiarvojen neliöillä. Koherenssin ja interferenssin ilmiöt seuraavat tästä: järjestelmä voi käyttäytyä tavalla, jossa eri tilojen amplitudit vaikuttavat toisiinsa.

Rajoituksia ja sovelluksia: Superpositio pätee vain lineaarisissa järjestelmissä; epälineaarisuus voi rikkoa sen. Tapahtumaa heikentävät decoherence ja häviöt. Käytännössä superpositiota hyödynnetään signaalinkäsittelyssä, Fourier- ja muut muunnokset sekä kvanttitietokoneissa, joissa useiden tilojen yhtäaikainen käsittely mahdollistaa uudenlaisen laskennan.