[量子計算]如何理解量子中的疊加態

引子

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彙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):假若一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。稱這線性組合爲“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。

實驗

用大白話來說,比如我們做如下的一個實驗(MIT課程中的思想實驗)。
這裏寫圖片描述
一個白色的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的行爲,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,畢竟只是一個粒子,我打開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。這裏就不得不提量子的一個特殊屬性,即其本身屬性受觀測者的影響。如果在整個行爲過程中有觀測者,則結果會塌縮成經典行爲,則不是上述的兩條路都走的50%可能而是百分之百隻走了其中一條。
正是因爲這個特性,讓量子如此特別,也讓量子的疊加態顯得神祕。

結論

所謂量子疊加態即在未被觀測的情況下其狀態是動態的,如上述實驗中一個量子W的狀態可以同時爲硬H也可以爲軟S,其顏色可以同時爲白色W也可以爲黑色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,虐貓狂人薛定諤的盒子中,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)
這裏寫圖片描述

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