測定とは何かについての情報を引き出す行為です。スケールで物の重さを量ることは測定です。何かに触れて力を感じることは測定です。
これは見た目より深い概念です。根本的に、世界について私たちが知っているすべての情報は何らかの方法で測定されました。私たちは測定できるものしか知りません。測定することは知ることです。
私たちは常に測定している
実際、見ることは測定です:私たちは眼球に入ってくる光子を測定しているのです!
通常、ボールのような物理的物体では、常に測定しています。触れている、または光子が触れて私たちの目に当たっています。私たちが測定していないときは、別の何かが測定しています:空気分子です。そしてやがてそれらは連鎖反応を引き起こし、私たちに測定可能な形で影響を与えます。
何も測定していないとき
しかし、電子のように、絶え間ない測定を回避できるほど小さなものがいくつかあります。そこで、1900年代初頭の科学者は奇妙な質問を始めました:電子のような小さな物体は、測定されていないときに(位置のような)明確な性質を持つのか?
答えは驚くべきことにノーでした。したがって、物理学者は何も測定していないときの物体の性質を記述する方法として量子力学を発明しました。測定と測定の間、電子は単一の明確な位置を持ちません。可能性の混合として存在します。測定する行為が、物体を1つの明確な答えにコミットさせます。
簡単な例:電子スピン
この概念を説明するため、非常に単純で制御可能な量子的性質である電子スピンでお見せします。もちろん、世界には多くの量子的性質があります:電子の位置、電子の速度、光の波長。しかし、これらはすべて非常に複雑で、迷子になりやすいです。それぞれに無限の異なる可能な測定結果があるからです!例えば、電子の位置を測定して、それがあなたの指、ラップトップ、またはその間のどこにあるかを知ることができます。
対照的に、電子スピンはバイナリ状態と呼ばれるものです:測定すると上か下しかなく、その間はありません。これは伝説的な1922年のシュテルン-ゲルラッハ実験で発見されました。だからそれで作業します。概念をはるかにシンプルにします。
下は単一の電子のスピンです。2つのことができます:レーザーを発射して「上」と「下」の間を駆動するか、測定して結果を読み取ります。
レーザーを保持して電子を「上」と「下」の間を連続的に駆動します。各結果の確率は、測定結果がまだランダムであるにもかかわらず、レーザーを保持した時間によって正確に設定されます。中間状態はよく知られています。あなたが測定するまで測定可能でないだけです。
重ね合わせ
重ね合わせとは、状態が測定可能な状態にないあらゆる瞬間を指す言葉です。例えば、もし測定可能な2つの位置が「上」と「下」だとすれば、それ以外のあらゆる状態は重ね合わせです。一般化すると、「位置」を「測定可能な位置」の意味で使うとき、「重ね合わせ(super-position)」は「位置を超えたもの」を意味します。
例えば、量子ビットが横を向いているとき、それは重ね合わせの状態にあります!