2.3 量子态与叠加原理
量子态是描述微观粒子状态的物理量，它包含了粒子的所有信息。与经典物理学中物体具有确定的状态不同，在量子力学中，微观粒子可以处于多个状态的叠加态。这就是量子叠加原理。
以一个简单的量子比特为例，经典比特只有 0 和 1 两种状态，而量子比特可以处于 0 和 1 的任意叠加态，即 |ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩，其中 α 和 β 是复数，且满足 |α|² + |β|² = 1。|α|² 和 |β|² 分别表示量子比特处于 |0⟩ 态和 |1⟩ 态的概率。这意味着在没有进行测量之前，量子比特同时处于 0 和 1 的状态，只有在测量时，它才会以一定的概率坍缩到 0 或 1 的确定状态。
量子叠加原理是量子力学中最为奇特的概念之一，它使得量子系统能够同时处理多个信息，这也是量子计算潜在的巨大优势所在。在薛定谔的猫实验中，放射性原子的衰变和未衰变状态就构成了一种量子叠加态，进而导致猫处于既死又活的叠加态，这正是量子叠加原理在宏观世界的一种形象化延伸。
三、薛定谔的猫：思想实验的奇幻之旅
3.1 实验的设定与背景
20 世纪 30 年代，量子力学虽然取得了巨大的成功，但其中一些概念，如量子叠加态和测量问题，仍然引发了广泛的争议。当时，以尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）为首的哥本哈根学派认为，量子系统的状态在测量之前是不确定的，处于多个可能状态的叠加态，只有在测量时，系统才会随机地坍缩到其中一个确定的状态。这种观点与人们对宏观世界的直观认知相悖，许多物理学家难以接受。