[量子计算]如何理解量子中的叠加态

引子

如果看了我入门第一篇文章的[量子计算]量子计算常用高频词汇集的同学应该会感到很疑惑,到底叠加态是个什么鬼。
根据上文的解释:
态叠加原理(Superposition principle):假若一个量子系统的量子态可以是几种不同量子态中的任意一种,则它们的归一化线性组合也可以是其量子态。称这线性组合为“叠加态”。假设组成叠加态的几种量子态相互正交,则这量子系统处于其中任意量子态的概率是对应权值的绝对值平方。

实验

用大白话来说,比如我们做如下的一个实验(MIT课程中的思想实验)。
这里写图片描述
一个白色的W粒子,通过测试硬度的H盒子有两条路可以走。如果粒子属性是H硬的,则一条向上,经过镜子后通过特殊装置,然后从颜色测试的盒子C出来。如果粒子属性是S软的,则一条向右,经过镜子后通过特殊装置,然后从颜色测试的盒子C出来。
那么,根据微观世界量子W的行为,它既不是走的上面,也不是走的下面。更不是同时两条路都走了。而是这个粒子没有单独走任何一条路,其自身似乎有分身术一般,两条路都有走的可能,且概率是50%。

好吧,很多同学会问,毕竟只是一个粒子,我打开装置自己看看到底是不是一次性两条都走。结果观测后,粒子只走一条路。那么会反驳上述的结论错误。这里就不得不提量子的一个特殊属性,即其本身属性受观测者的影响。如果在整个行为过程中有观测者,则结果会塌缩成经典行为,则不是上述的两条路都走的50%可能而是百分之百只走了其中一条。
正是因为这个特性,让量子如此特别,也让量子的叠加态显得神秘。

结论

所谓量子叠加态即在未被观测的情况下其状态是动态的,如上述实验中一个量子W的状态可以同时为硬H也可以为软S,其颜色可以同时为白色W也可以为黑色B,其概率有一定值。其处于被观测之时,会粒子本身某被观测属性会坍塌成一种,即原本概率会坍塌成100%而显性成某一特定状态。
举个栗子,虐猫狂人薛定谔的盒子中,在未观测之时,猫是死的,同时也是活得。但我们去观测的时候,猫一定会处于要么肯定是死的,要么肯定是活的。不会处于不死不活这种玄妙的状态。(笑)
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