Superpositionsprinzip (Quantentheorie)

Das Superpositionsprinzip gilt in der Quantentheorie sehr allgemein und exakt für abgeschlossene Systeme (die per Definition nicht mit ihrer „Umgebung“ verschränkt sind). Das bedeutet,

  • dass sich zwei beliebige Zustände (zu einer bestimmten Zeit) mit beliebigen komplexen Koeffizienten superponieren lassen und dadurch einen neuen möglichen Zustand definieren,
  • dass sie bereits eine neue Lösung der Schrödingergleichung bilden, wenn sie einzeln als solche Lösungen in der Zeit fortgesetzt werden. Beispielsweise bildet die Superposition aller möglichen Positionen eines „Massenpunktes“ eine Wellenfunktion im Raum, wobei verschiedene Wellenfunktionen sich wiederum superponieren lassen. Jedoch sind quantenmechanische Superpositionen allgemein im Konfigurationsraum definiert (also nichtlokal).

Problematisch scheint jedoch die Übertragung des Superpositionsprinzips auf unsere Alltagserfahrung, in der uns derartige Gleichzeitigkeiten fremd sind: Eine Katze ist zur gleichen Zeit entweder tot oder lebendig („Schrödingers Katze“). Die Quantensuperposition wird für die theoretische Konzeption von Quantencomputern herangezogen, wobei zwei orthogonale Zustände überlagert werden, welche als 0 und 1 interpretiert werden. Quantenmechanische Superpositionen können nur in hinreichend isolierten Systemen beobachtet werden (z. B. bei in einer Paul-Falle gefangenen einzelnen Ionen) – Die Wechselwirkung mit der Umgebung „zerstört“ dieses Phänomen (Dekohärenz).


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