叠加（superposition）

想象一根吉他弦。用对方法去拨，它不必只以一个音高振动——它可以同时发出几个音的混合，每个音都带着自己的响度和相位。处于叠加态的一个量子比特有点像这样：它不被钉死在 0 或 1 上，而是同时持有两种状态的一个加权组合。这些权重叫作振幅，|0> 那部分记作 alpha，|1> 那部分记作 beta，它们满足 |alpha|^2 + |beta|^2 = 1。

下面这一点几乎每条新闻标题都搞错了。处于叠加态的量子比特并不是在通常意义上偷偷同时握着一个 0 和一个 1，许多量子比特的叠加也不是一台机器在悄悄「同时尝试所有答案」。当你去测量时，你只会得到一个单一结果——0 或 1——其概率等于振幅的平方（得到 0 的概率是 |alpha|^2，得到 1 的概率是 |beta|^2），而测量这个动作会把量子比特坍缩到那个结果上。你永远读不出整个混合体。

那么叠加到底有什么用？振幅不只是等着兑现的概率：它们可以是正的、负的（乃至复数），这让不同的计算路径能够相加或相消，很像彼此交叠的水波。一个有用的量子算法会被精心编排，使得错误答案的振幅发生相消干涉而被抵消掉，而正确答案的振幅则被加强——只有到这时去测量它才划算。叠加只是原材料；是干涉把它变成了一个答案。