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과학

양자 중첩

양자 중첩과학
영어
Quantum superposition
수학적 형태
상태들의 선형결합
계수
복소수 확률진폭
구별할 개념
고전적인 확률 혼합
양자 중첩은 양자상태를 선택한 기저 상태들의 선형결합으로 나타내는 성질이다. 계수는 확률 자체가 아니라 복소수 확률진폭이며, 서로 다른 성분의 상대 위상 때문에 고전적인 확률 혼합과 다른 간섭을 보일 수 있다.

동전 비유의 한계

계산 기저로 0과 1이 각각 절반씩 나오는 큐비트는 동전처럼 보일 수 있다. 하지만 같은 측정 통계만으로 중첩인지 고전적인 무작위 혼합인지를 판단할 수 없다. 다른 연산이나 측정 기저를 적용했을 때 간섭의 차이가 드러난다.

진폭의 합을 계산

두 성분을 합한 뒤 절댓값을 제곱하면 각각의 확률을 더하는 것 외에 교차항이 생긴다. 위상에 따라 이 항이 커지거나 작아져 확률이 달라진다. 중첩을 단지 여러 답을 동시에 써 둔 목록으로 설명하면 이 간섭을 놓치게 된다.

기저에 상대적인 표현

(|0⟩+|1⟩)/√2는 계산 기저에서는 두 상태의 중첩이지만 그 자체를 포함하는 다른 기저에서는 기저 상태 하나다. 따라서 어떤 상태가 무엇의 중첩인지 말할 때는 기저를 명시해야 한다.

측정과 계산

중첩을 준비했더라도 측정 한 번에서 모든 기저 성분의 값을 읽을 수는 없다. 양자 알고리즘은 연산을 통해 유용한 결과의 확률을 바꾸고 최종 측정으로 고전적인 결과를 얻는다. 중첩 하나만으로 모든 계산이 빨라진다는 보장은 없다.

관련 문서

큐비트 / 파동함수 / 선형결합 / 간섭 / 확률 / 복소수 / 기저 (선형대수학) / 양자역학