¿Qué es la superposición?
Antes de explorar la superposición en el contexto de cúbits y estados cuánticos, comencemos con un ejemplo para ayudar a comprender cómo funciona la superposición.
En esta unidad, aprenderá a describir el estado cuántico de un sistema que consta de un gato y un cuadro.
¿Cómo se describe el estado cuántico de un sistema?
Imagine que tiene un gato y una caja, y desea describir las posibles configuraciones del sistema cat-and-box. Por ejemplo, el gato dentro de la caja, el gato junto a la caja, etc.
Supongamos que hay seis configuraciones posibles:
- El gato en la parte superior de la caja
- El gato dentro de la caja
- El gato debajo de la caja
- El gato junto a la caja
- El gato delante de la caja
- El gato detrás de la caja
Otras configuraciones, como la caja dentro del gato, no son físicamente posibles, por lo que no consideramos esas configuraciones.
Estas seis configuraciones son los posibles estados distintos en los que se puede encontrar el sistema de gato y caja. Pero como se trata de un sistema cuántico de gato y caja, no podemos predecir con precisión en cuál de los seis estados estará el sistema cuando echemos un vistazo. ¿Cómo se describe entonces el estado de este sistema antes de echar un vistazo a él?
Bueno, describimos el sistema como una superposición de los seis estados posibles al mismo tiempo. En términos matemáticos, el estado de superposición es una suma, o combinación lineal, de los seis estados distintos. Es un poco peculiar, pero así es como se ve la superposición de nuestro sistema de gato y caja:
Pero espera , ¡hay más! Los estados cuánticos son probabilísticos, por lo que hay una cierta probabilidad de que el sistema cat-and-box se encuentre en cada uno de los seis estados posibles. Y seamos honestos, hay una mayor probabilidad de que el gato esté dentro de la caja que cualquiera de los otros cinco estados. Cada estado se pondera por su probabilidad de producirse, por lo que nuestro estado de superposición tiene este aspecto:
Observe que las probabilidades suman 100% para los seis estados. Esto tiene sentido porque siempre encontramos que el sistema está en uno de los posibles estados cuando observamos el sistema. En la vida real, los gatos y los cuadros son objetos clásicos, no objetos cuánticos, por lo que nuestro ejemplo es un poco tonto. Pero los objetos cuánticos, como fotones, electrones, átomos y moléculas, se comportan realmente de esta manera probabilística en la vida real.
En el mundo cuántico, describimos el estado de un sistema como una combinación de todos los estados en los que podemos encontrar el sistema. Este es el fenómeno denominado superposición.
En la siguiente unidad, obtendrá información sobre la superposición en el contexto de un sistema cuántico real y el rol que desempeña la superposición en la computación cuántica.