superpositiontilojen

Superpositiotilat ovat keskeinen käsite kvanttifysiikassa. Ne tarkoittavat tilaa, jossa systeemi voi olla samaan aikaan useammassa perustilassa. Tällainen tila voidaan esittää lineaarisena yhdistelmänä tiloista |i⟩: |ψ⟩ = Σ_i c_i |i⟩, missä c_i ovat kompleksilukuja amplitudit ja ∑_i |c_i|^2 = 1. Amplitudit sisältävät sekä määrän että faasin, ja faasinerot vaikuttavat interferenssiin. Bornin sääntö määrittää todennäköisyyden havaita tila i: P(i) = |c_i|^2.

Puhtaat superpositiotilat eroavat tilastollisista sekamuuksista. Puhtaassa tilassa järjestelmän tilakokoelma on täysin määritelty yhtenä tilana, kun taas sekamuus kuvataan tilojen epävarmuudella ilman ylläpidetyn faasin tietoa. Tilat voidaan kuvata myös tiheysmatriisilla ρ, ja decoherence voi muuttaa puhtaan superpositionin sekamuudeksi ympäristön vaikutuksesta.

Esimerkkejä: elektronin spin-tilat voidaan kirjoittaa |ψ⟩ = α|↑⟩ + β|↓⟩. Kubitit kvanttitietokoneissa ovat superpositioita tiloista, joihin liittyy paika faasiyhteyksiä. Kaksoisrakokoe havainnollistaa interferenssiä: hiukkanen kulkee kahden reitin kautta ja faasierojen vuoksi lopullinen havaittu runsasmäärä riippuu superpositionin koostumuksesta.

Käytännössä superpositiotilat mahdollistavat kvanttisovellukset kuten kvanttilaskennan, kvanttimitoituksen ja kvanttisäilön. Niiden säilyminen edellyttää hidastetun decoherenssin hallintaa ja ympäristön vuorovaikutusten hallintaa.