什么是叠加?
在下个单元了解量子比特和操作之前,我们首先通过一个简单的示例来了解叠加态的工作原理。
在本单元中,你将了解如何描述系统(猫和箱子)的全局状态。
如何描述系统的全局状态?
假设你有一只猫和一个盒子,你想描述猫和盒子系统可能的配置。 例如,“猫在盒子里面”、“猫在盒子旁边”等。
假设存在六种可能的配置:“猫在盒子上面”、“猫在盒子里面”、“猫在盒子下面”、“猫在盒子旁边”、“猫在盒子前边”以及“猫在盒子后边”。配置“盒子在猫里面”在物理上是不可能的,因此它不在列表中。
这六个位置是系统“猫和盒子”各种可能的配置。如何描述猫和盒子系统的状态? 你可以像下面这样对各个位置进行总结:
但仅将各个位置相加并不能捕捉到完整的画面。 你还需要考虑在各个位置找到猫的概率。 例如,与在盒子下面相比,猫更可能在盒子旁边。 因此,需要按每个位置的概率对每个位置进行加权。
猫和盒子系统的状态是猫相对于盒子的六个不同位置的加权总和,其中权重是按在该位置发现猫的概率确定的:
猫和盒子是经典的物体,因此你一次只能观察到它们处于六种可能配置其中之一。 猫和盒子生活在经典世界中,其中的物体一次只能处于一种状态。
但在量子世界中,情况是不同的。 量子猫和量子盒子也可以同时处于所有六种状态! 这种现象称为叠加。
就我们所知,量子猫并不存在,但量子粒子确实存在。
在下一单元中,你将在量子计算中看到叠加。