Суперпозиция
Суперпозиция — особое состояние квантовой системы, в котором она находится до измерения, и которое является как бы одновременным существованием всех возможных опций. Весьма сложное для понимание состояние, так как на макроуровне подобных позиций в прямом физическом смысле не наблюдается, а под суперпозицией понимается сложение функций.
Описание[править]
Состояние квантовой системы описывается волновой функцией |ψ⟩ в гильбертовом пространстве. Любая линейная комбинация допустимых состояний также является допустимым состоянием системы: |ψ⟩ = ∑ ci |ϕi⟩, где ∑ |ci|2 = 1. Система одновременно находится во всех состояниях |ϕi⟩ с амплитудами ci. До измерения невозможно сказать, в каком именно состоянии находится система — она находится во всех сразу.
Из-за этого квантовые частицы демонстрируют интерференционные картины даже при прохождении по одному за раз. Суперпозиция может охватывать несколько частиц, приводя к состояниям, в которых измерение одной частицы мгновенно определяет состояние другой, независимо от расстояния. При измерении суперпозиция схлопывается в одно из состояний с вероятностью |ci|2. Механизм коллапса остаётся одной из нерешённых проблем квантовой теории.
В квантовых компьютерах кубиты могут находиться в суперпозиции 0 и 1 одновременно. Это позволяет выполнять параллельные вычисления над экспоненциально большим числом состояний. Алгоритмы Шора и Гровера используют суперпозицию для достижения сверхполиномиального ускорения. Однако встаёт, как большая толстая кобра, вопрос стабильности кубитов.
Протоколы вроде BB84 используют суперпозицию фотонов для создания ключей и обнаружения подслушивания (любое измерение разрушает суперпозицию, так что если шпион попытался восраться, то это немедленно становится известно, таким образом связь оказывается… защищённой…)
Иное[править]
В классической физике принцип суперпозиции применяется в теории волн. Если среда линейна (то есть отклик пропорционален возмущению), то несколько волновых процессов могут происходить одновременно, не влияя друг на друга. Результирующее возмущение в любой точке пространства и времени равно алгебраической сумме возмущений от каждой волны в отдельности.
Цитаты[править]
Магия — это мир, в котором результаты очевидны, но следствия происходят без прямой логической с связи с действиями, причины явлений ненаблюдаемы и непонятны.
Но, например, квантовая физика — это тоже мир, в котором результаты очевидны, но следствия происходят без прямой логической связи с действиями, причины явлений ненаблюдаемы и непонятны.
Что магия, что квантовая физика — это непонимание чётко и наглядно полученного результата.
Заведи дикаря в городскую квартиру, щелкни выключателем — станет светло.
Для него это не физика, а магия — великое чудо, которое никак и никогда не удастся объяснить связью выключателя, лампочки, да еще и какой-то электростанции где-то за горизонтом понимания.
Даже физик, знающий уравнения Шрёдингера, не может объяснить, почему при измерении волновая функция коллапсирует — он лишь констатирует: Так устроен мир.
Но кошка и жива, и мертва одновременно не потому, что так устроена кошка, или мир, или физика, а потому, что человеческий язык, логика и интуиция не приспособлены к понятию суперпозиции.
