Si cada vez que se mide el giro o el momento de una partícula, da una respuesta discreta (colapso de estados de posibilidad), ¿cómo pueden probar que antes de la medición estaba de hecho en una superposición de estados? ¿Es esto únicamente una extrapolación lógica de los patrones de interferencia similares a ondas vistos en el experimento de la rendija?
Claramente no entiendo algo fundamental aquí.
Existe un enfoque llamado medición débil que se puede utilizar para probar las propiedades de una superposición sin destruirla.
Hay un artículo razonablemente detallado sobre esto en Wikipedia , o un artículo más accesible en el sitio web de Nature .
Uno puede preparar muchos de los mismos estados cuánticos y hacerles la misma medición, luego obtendrá una serie de resultados. A partir de estos resultados se pueden conocer las posibilidades de obtener diferentes resultados, luego se puede saber cómo es el estado cuántico inicial. Pero a veces no se puede decir si el estado inicial es puro o mixto.
¿Cómo pueden probar la superposición de estados de partículas antes de la medición?
Las teorías de la física no están sujetas a pruebas, están sujetas a validación o falsificación.
No es necesario demostrar que la función matemática que describe una medida para un punto (x, y, z, t) describe todo el espacio de fase porque esa es la construcción de las matemáticas. Este constructo predice una medida y la hipótesis de que la función describe todo el espacio de fases se valida porque no ha habido ninguna medida que la falsifique. Se trata de "confiar" en el valor de verdad de las matemáticas. La construcción matemática "superposición de estados" se ajusta a los datos observables en innumerables experimentos en el microcosmos de las soluciones mecánicas cuánticas.
No hay problema en ajustar una parábola a una pista balística, y de medir su dirección de velocidad y extrapolar la masa a su origen en (x,y,z,t). Las leyes gravitatorias han sido validadas innumerables veces. De manera similar, la descripción mecánica cuántica de los datos se ha validado innumerables veces. Los conceptos son más complicados, pero la confianza en las matemáticas es la misma.
No prueba que un qubit específico está en superposición, prueba que un método específico de preparación de qubits crea qubits en superposición y luego infiere.
Por ejemplo, suponga que tiene el método X de preparación de qubits. Lo ejecuta muchas, muchas veces y produce una gran cantidad de qubits. Mide esos qubits en todas las direcciones diferentes, verificando cuáles son los sesgos de medición. Confirma que esos sesgos son consistentes a lo largo del tiempo y muchas otras variables, y descubre que coinciden con los sesgos predichos por el estado .
Encuentras muchos otros procesos que encajan en el molde de la mecánica cuántica. Ganas confianza. Comienza a pensar en términos de las propiedades de cada qubit, en lugar de las propiedades de los procesos que produjeron el qubit.
Eventualmente, después de mucha verificación de las notas, declara que el método X produce qubits de manera confiable en el estado . No se conoce otra explicación simple para todas las pruebas que ha realizado, y muchos teoremas que muestran clases enteras de explicaciones más simples no funcionarían.
Su pregunta implica una tergiversación de cómo funciona la ciencia. La ciencia no prueba nada. Más bien, los científicos progresan haciendo lo siguiente, como lo explica Karl Popper (ver "El realismo y el objetivo de la ciencia", Capítulo I). (Si no hacen lo que estoy describiendo, no avanzan.) (1) Proponen ideas para tratar de resolver problemas con las teorías actuales. (2) Luego buscan problemas con sus propuestas, como no resolver el problema para el que fueron creados o chocar con un nuevo resultado experimental. (3) Una vez que tienen una teoría que resuelve el problema original y no tiene ningún problema pendiente, comienzan a buscar problemas con la nueva idea.
Entonces, la pregunta que debe hacerse es, si hay una superposición de estados antes de la medición, ¿cómo podría probarse esa idea? ¿Qué enunciado comprobable tendría que ser verdadero si hay una superposición que no sería verdadero si no hubiera superposición? Hay muchos experimentos que hacen tales pruebas. Si realiza un experimento de interferencia de una sola partícula en un interferómetro y coloca un cambiador de fase en un brazo del interferómetro que prueba si hubo una superposición.
Yuan Chuan Zou