疊加（superposition）

想像一根吉他弦。用對方法去撥，它不必只以一個音高振動——它可以同時發出幾個音的混合，每個音都帶著自己的響度和相位。處於疊加態的一個量子位元有點像這樣：它不被釘死在 0 或 1 上，而是同時持有兩種狀態的一個加權組合。這些權重叫作振幅，|0> 那部分記作 alpha，|1> 那部分記作 beta，它們滿足 |alpha|^2 + |beta|^2 = 1。

下面這一點幾乎每條新聞標題都搞錯了。處於疊加態的量子位元並不是在通常意義上偷偷同時握著一個 0 和一個 1，許多量子位元的疊加也不是一台機器在悄悄「同時嘗試所有答案」。當你去測量時，你只會得到一個單一結果——0 或 1——其機率等於振幅的平方（得到 0 的機率是 |alpha|^2，得到 1 的機率是 |beta|^2），而測量這個動作會把量子位元坍縮到那個結果上。你永遠讀不出整個混合體。

那麼疊加到底有什麼用？振幅不只是等著兌現的機率：它們可以是正的、負的（乃至複數），這讓不同的計算路徑能夠相加或相消，很像彼此交疊的水波。一個有用的量子演算法會被精心編排，使得錯誤答案的振幅發生相消干涉而被抵消掉，而正確答案的振幅則被加強——只有到這時去測量它才划算。疊加只是原材料；是干涉把它變成了一個答案。