疊加態 | EntangleTech 量子教育平台

# 疊加態 ## 疊加態：量子世界的多重可能性想像一下，如果你能夠同時在兩個截然不同的地方，既在家中的沙發上又在遙遠的海灘上感受陽光。在我們的日常生活中，這完全不可能會發生，因為一個物體不可能同時存在於兩個不同的地方。但在量子力學的世界裡，這種情況不僅可能，還實際存在。這種能夠同時存在多種狀態的現象，稱之為「疊加態」（Superposition）。 ## 量子燈泡為了理解疊加態，我們不妨再拿出小燈泡。想像你有一個特殊的小燈泡，在沒有人觀察它時，它可以同時處於亮和暗的狀態。在我們的日常經驗中，燈泡要嘛亮要嘛暗，但在量子世界裡，這個燈泡卻能夠同時展示亮和暗的狀態，直到我們去看它，它才會「選擇」變亮或變暗。

在還沒觀測量子燈泡前，燈泡同時處於亮和暗，在我們觀測它時，燈泡有一半的機率會是亮

## 疊加態與量子電腦在經典電腦中，位元（燈泡）只能是暗和亮，因此兩個燈泡雖然能表示四個數字（0~3），但一次只能表達一個數字；在量子電腦中，量子位元（量子燈泡）因為疊加態，可以同時表示四個數字。

在經典電腦中，位元一次只能代表一個狀態；在量子電腦中，量子位元（Qubit）可以同時代表多個狀態

這樣有什麼好處？假設今天我們要解一個數學問題（這邊是比喻），像是 $f(x)=x^2-6x+9$，我們想知道 $x$ 是多少時，這方程式會為 $0$，經典電腦的算法就是先從 $x=0$ 開始算，直到發現 $x=3$ 時 $f(3)=0$，需要四步才找到答案。

在經典電腦中，一次只能算一個數字，一個問題需要全部都算過才找到答案（或是算到有答案為止）；量子電腦因為 qubit 能一次處於多個狀態，可以一次計算所有可能的答案，只要算一次就獲得結果

而量子電腦因為有疊加態的特性，可以同時輸入四種狀態（0~3 的疊加態），只需要一步就能找到答案我們把格局放大，2 個 qubits 就能同時表示 2 個資訊，$n$ 個 qubits 就能同時表達 $2^n$ 個資訊，當問題越來越複雜時，量子電腦的優勢將比經典電腦越來越明顯。 ### 新手對疊加的常見誤解 - 雖然我們前面用「同時在沙發和沙灘」來形容疊加態，但這形容不精確，疊加態是說物體在"未測量（觀測）前"會"同時"存在多種可能的狀態 - 這裡指的「觀測」和「測量」並不代表人類的意識可以影響物質的狀態，“觀測”在量子力學中指的是物體與外部環境產生交互作用（比方說量測儀器打出的光子） ## 延伸閱讀 - **[俗說量子：疊加態](https://www.youtube.com/watch?v=J-F-m77Ghy0)**：是人的意識影響觀測的結果嗎？ - **[疊加態與量子電腦](https://www.youtube.com/watch?v=oTxgDphkSSE)**：疊加態在量子電腦上的角色

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