量子力学では、系は同時に複数の状態をとることができます。これが重ね合わせです。電子は、測定されるまでは同時に2つの場所に存在したり、2つの方向に回転したりすることができます。測定されると、1つの状態に収束します。重ね合わせは、量子力学の最も奇妙で重要な特徴の1つです。これは量子コンピューティングの基礎であり、量子ビットは0と1の重ね合わせ状態をとることができ、並列計算を可能にします。

重ね合わせは単なる理論上の概念ではありません。数え切れないほどの実験で実証されています。二重スリット実験では、1つの電子が両方のスリットを同時に通過し、自身と干渉することが示されています。量子コンピュータは、古典コンピュータでは不可能な計算を行うために重ね合わせを利用しています。シュレーディンガーの猫は、重ね合わせの奇妙さを例示する思考実験です。箱の中の猫は、箱が開けられるまで生きていると同時に死んでいる状態です。この思考実験は、重ね合わせを日常的な物体に適用した場合の不条理さを示すことを意図していました。しかし、重ね合わせは、少なくとも量子スケールでは実在します。デコヒーレンスは、私たちが日常生活でそれを目にしない理由を説明します。環境とのあらゆる相互作用によって、重ね合わせは崩壊します。

重ね合わせの原理

• 定義。 同時に複数の状態にあるシステム。
• 測定。 1つの状態に収束します。
• 二重スリット。 単一粒子の重ね合わせを示します。
• 量子コンピューティング。 重ね合わせ状態の量子ビットにより並列計算が可能になります。
• デコヒーレンス。 環境が重ね合わせを崩壊させます。

重ね合わせは不確実性とは異なります。不確実性とは、私たちが知り得る事柄に関するものです。重ね合わせは、現実に関するものです。