superpozycji

Superpozycja to pojęcie używane w fizyce do opisania sytuacji, w której układ może jednocześnie mieć kilka stanów. W kontekście falowym i mechaniki kwantowej wynika z liniowości równań opisujących te układy: jeśli stany A i B są rozwiązaniami, to ich superpozycja αA + βB jest również rozwiązaniem.

W kontekście klasycznym zasada superpozycji opisuje możliwość zsumowania fal. Dwie fale na wodzie lub dwa sygnały elektromagnetyczne mogą się nakładać, tworząc wynikową amplitudę i intensywność. Interferencja jest widocznym przejawem tej właściwości.

W mechanice kwantowej stan układu opisuje się jako wektor w przestrzeni Hilberta. Dowolna superpozycja stanów własnych można zapisać jako suma z amplitudami, które są liczbami zespolonymi. Pomiar przynosi wynik w jednym z dostępnych stanów z prawdopodobieństwem równym modułowi kwadratu odpowiedniej amplitudy.

Zjawisko prowadzi do interferencji i typowych eksperymentów, takich jak interferencja dwuszczelinowa. W informatyce kwantowej superpozycja umożliwia qubitowi jednoczesne reprezentowanie stanów 0 i 1, co stanowi fundament obliczeń kwantowych i protokołów kryptograficznych opartych na kwantowych właściwościach.

W praktyce obserwowane zachowania ogranicza decoherence, czyli utrata koherencji wskutek oddziaływania z otoczeniem. Różnica między superpozycją a mieszaniem polega na tym, że superpozycja to czysty stan kwantowy, podczas gdy mieszanie to statystyczna kombinacja stanów bez interferencji.