Was ist Superposition?

Abgeschlossen

Bevor wir in den nächsten Lektionen auf Qubits und Vorgänge eingehen, beginnen wir mit einem einfachen Beispiel, um zu verstehen, wie die Superposition funktioniert.

In dieser Lektion erfahren Sie, wie Sie den globalen Zustand eines Systems beschreiben: mit einer Katze und einer Box.

Wie können Sie den globalen Zustand eines Systems beschreiben?

Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Katze und eine Kiste und möchten die möglichen Konfigurationen des Systems aus Katze und Kiste beschreiben. Beispielsweise „die Katze in der Kiste“, „die Katze neben der Kiste“ usw.

Nehmen wir an, es gibt sechs mögliche Konfigurationen: „die Katze oben auf der Kiste“, „die Katze in der Kiste“, „die Katze unter der Kiste“, „die Katze neben der Kiste“, „die Katze vor der Kiste“ und „die Katze hinter der Kiste“. Die Konfiguration „die Kiste in der Katze“ ist nicht physisch möglich, daher ist sie nicht in der Liste enthalten.

Diese sechs Positionen sind die einzelnen möglichen Konfigurationen des Systems „Katze und Kiste“. Wie könnten Sie den Zustand des Systems aus Katze und Kiste beschreiben? Sie können die einzelnen Positionen zusammenfassen, z. B. wie folgt:

Die Summe der einzelnen Positionen erfasst jedoch nicht das vollständige Bild. Sie müssen auch die Wahrscheinlichkeit berücksichtigen, die Katze in jeder einzelnen Position zu finden. Beispielsweise ist die Katze wahrscheinlicher neben der Kiste zu finden als darunter. Sie müssen also jede einzelne Position anhand ihrer Wahrscheinlichkeit gewichten.

Der Zustand des Systems aus Katze und Kiste ist die Summe der sechs verschiedenen Positionen der Katze in Bezug auf die Kiste, gewichtet durch die Wahrscheinlichkeit, die Katze an dieser Position zu finden:

Die Katze und die Kiste sind klassische Objekte, sodass Sie sie nur in einer der sechs möglichen Konfigurationen gleichzeitig beobachten können. Katzen und Kisten befinden sich in der klassischen Welt, wo sich Objekte nur jeweils in einem Zustand befinden können.

In der Quantenwelt ist das etwas anders. Eine Quantenkatze und eine Quantenkiste könnten sich auch in allen sechs Zuständen gleichzeitig befinden! Dieses Phänomen wird als Superposition bezeichnet.

Quantenkatzen existieren nicht – soweit wir wissen – aber Quantenpartikel schon.

In der nächsten Lerneinheit erfahren Sie mehr zur Superposition im Quantencomputing.