什麼是疊加？

在我們探索量子位元和量子態背景下的疊加之前，讓我們先從一個範例開始，以協助瞭解疊加的運作方式。

在本單元中，您將學習如何描述由貓和盒子組成的系統的量子態。

如何描述系統的量子態？

想像一下，您有一隻貓和一個盒子，並且您想描述貓和盒子系統的可能配置。 比如盒子裡面的貓，盒子旁邊的貓等等。

假設有六種可能的配置：

• 盒子頂部的貓
• 盒子裡的貓
• 盒子底下的貓
• 箱子旁邊的貓咪
• 箱子前的貓咪
• 盒子後面的貓

其他配置，例如貓內部的盒子，在物理上是不可能的，因此我們不考慮這些配置。

這六種配置是我們可以找到貓和盒子系統所處的可能的不同狀態。 但由於這是一個量子貓盒系統，當我們觀察時，我們無法準確預測該系統將處於六種狀態中的哪一種狀態。 那麼，在我們查看這個系統之前，我們該如何描述它的狀態呢？

好吧，我們將該系統描述為同時所有六種可能狀態的疊加。 在數學術語中，疊加狀態是所有六種不同狀態的總和或線性組合。 這聽起來有點傻氣，但我們的貓箱子系統的疊加態看起來是這樣的：

但等等——還有更多！ 量子態是機率性的，因此有一定機率發現貓和盒子系統處於六種可能狀態中的每一種。 老實說，這隻貓被發現在盒子裡的可能性比其他五個州中的任何一個州都大。 每個狀態都按其發生機率加權，因此我們的疊加狀態如下所示：

請注意，所有六個狀態的機率總和為 100%。 這是有道理的，因為當我們觀察系統時，我們總是發現系統處於可能的狀態之一。 在現實生活中，貓和盒子是經典物體，而不是量子物體，所以我們的例子有點傻。 但量子物體，例如光子、電子、原子和分子，在現實生活中確實以這種機率方式表現。

在量子世界中，我們將系統的狀態描述為我們可以找到該系統所處的所有狀態的組合。 這就是稱為疊加的現象。

在下一個單元中，您將了解實際量子系統上下文中的疊加，以及疊加在量子計算中所扮演的角色。