Суперпозиция — это ключевое понятие в квантовой механике, означающее, что частица может находиться сразу в нескольких состояниях.
Ее состояние определяется волновой функцией, которая представляет собой сумму или "суперпозицию" различных возможных состояний.
В классической механике, мы всегда можем точно знать положение и скорость объекта в конкретный момент времени. В квантовой механике же, у нас есть только вероятностное распределение местоположений, скоростей и других физических величин. Это распределение определяется волновой функцией частицы, которая является суперпозицией всех возможных состояний.
Удивительно, но квантовая частица может находиться одновременно в разных состояниях — быть и там, и там, и даже в противоположных концах Вселенной. Однако когда мы проводим измерение, волновая функция "коллапсирует" (Испытать/испытывать состояние коллапса) в одно из возможных состояний, и это становится реальными свойствами частицы.
Принцип суперпозиции лежит в основе таких квантовомеханических явлений, как интерференция и квантовое запутывание, а также величайшее количество квантовых технологий, включая квантовые компьютеры.
Суперпозиция означает, что квантовая система может находиться в состоянии, которое является комбинацией двух или более отдельных состояний.
Чтобы проиллюстрировать это, часто приводят эскиз принципа Шредингеровского кота.
По знаменитой мысленной экспериментации Эрвина Шредингера, кот может быть одновременно и живым и мертвым внутри запертого ящика, пока мы не откроем его и не проверим. Это возможно благодаря принципу квантовой суперпозиции.
Интересно, что эта концепция суперпозиции касается не только микроскопических частиц, таких как атомы или электроны, но и макроскопических объектов. Однако из-за множества факторов, включая взаимодействие с окружающей средой (процесс, известный как декогеренция), эффекты квантовой суперпозиции очень сложно наблюдать на макроскопическом уровне.
На практике исследователи используют суперпозицию в квантовых вычислениях. Квантовый компьютер использует квантовые биты или "кубиты", которые в отличие от классических битов, могут быть в состоянии суперпозиции 0 и 1, а не только 0 или 1. Это позволяет квантовому компьютеру обрабатывать огромное количество информации одновременно и решать задачи, которые недостижимы для классических компьютеров.