量子計算 如何理解量子中的疊加態

2021-08-18 18:34:55 字數 1075 閱讀 9624

如果看了我入門第一篇文章的[量子計算]量子計算常用高頻詞匯集的同學應該會感到很疑惑,到底疊加態是個什麼鬼。

根據上文的解釋:

態疊加原理(superposition principle):假若乙個量子系統的量子態可以是幾種不同量子態中的任意一種,則它們的歸一化線性組合也可以是其量子態。稱這線性組合為「疊加態」。假設組成疊加態的幾種量子態相互正交,則這量子系統處於其中任意量子態的概率是對應權值的絕對值平方。

用大白話來說,比如我們做如下的乙個實驗(mit課程中的思想實驗)。

乙個白色的w粒子,通過測試硬度的h盒子有兩條路可以走。如果粒子屬性是h硬的,則一條向上,經過鏡子後通過特殊裝置,然後從顏色測試的盒子c出來。如果粒子屬性是s軟的,則一條向右,經過鏡子後通過特殊裝置,然後從顏色測試的盒子c出來。

那麼,根據微觀世界量子w的行為,它既不是走的上面,也不是走的下面。更不是同時兩條路都走了。而是這個粒子沒有單獨走任何一條路,其自身似乎有分身術一般,兩條路都有走的可能,且概率是50%。

好吧,很多同學會問,畢竟只是乙個粒子,我開啟裝置自己看看到底是不是一次性兩條都走。結果觀測後,粒子只走一條路。那麼會反駁上述的結論錯誤。這裡就不得不提量子的乙個特殊屬性,即其本身屬性受觀測者的影響。如果在整個行為過程中有觀測者,則結果會塌縮成經典行為,則不是上述的兩條路都走的50%可能而是百分之百只走了其中一條。

正是因為這個特性,讓量子如此特別,也讓量子的疊加態顯得神秘。

所謂量子疊加態即在未被觀測的情況下其狀態是動態的,如上述實驗中乙個量子w的狀態可以同時為硬h也可以為軟s,其顏色可以同時為白色w也可以為黑色b,其概率有一定值。其處於被觀測之時,會粒子本身某被觀測屬性會坍塌成一種,即原本概率會坍塌成100%而顯性成某一特定狀態。

舉個栗子,虐貓狂人薛丁格的盒子中,在未觀測之時,貓是死的,同時也是活得。但我們去觀測的時候,貓一定會處於要麼肯定是死的,要麼肯定是活的。不會處於不死不活這種玄妙的狀態。(笑)

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