¿Es correcto decir que una partícula cuántica está en ambos "estados" al mismo tiempo?

Sí, es un error decir que coexisten. Es mejor decir que el estado cuántico es una combinación de ambos estados propios. Creo que transmite un significado similar para un laico y, al mismo tiempo, es técnicamente más correcto.

Los estados cuánticos son combinaciones lineales de los estados propios de lo observable. Son vectores, y existen en un espacio vectorial y hacen cosas vectoriales como sumar y producir puntos (en realidad, existen en un espacio de producto interno para hacer que el paréntesis signifique algo, pero eso es por cierto).

Nunca dirías que un vector 2D como$\vec{r} = \frac{1}{\sqrt{2}}\left(\mathbf{x} + \mathbf{y}\right)$está apuntando en el '$\mathbf{x}$' dirección y el '$\mathbf{y}$' al mismo tiempo. Diría que el vector es una combinación de '$\mathbf{x}$' y '$\mathbf{y}$' direcciones. Dependiendo de cómo mire el vector, puede proyectarlo en$x$-eje o el$y$-eje. Esto corresponde precisamente a los operadores de proyección en la mecánica cuántica (cosas como$|0\rangle\langle0|$).

En mi opinión, está mal, y la confusión semántica comenzó con el gato de Schrödinger vivo y muerto al mismo tiempo.

La confusión con el gato de Schrödinger proviene de hacer un elegante detector con un animal vivo. Lo que uno está midiendo al abrir la caja y encontrar un gato muerto es un único punto de medición en la probabilidad mecánica cuántica de que el nucleido se desintegre, un estado calculable. Una tirada de dados de la mecánica cuántica. Se necesitarían muchas cajas para medir la distribución y muchos gatos muertos.

Todo lo que sabemos sobre el nucleido es que está en un estado excitado y tiene probabilidad de desintegrarse.

En el ejemplo en cuestión, el qubit tiene una probabilidad de ser cero o uno, dada por cálculos mecánicos cuánticos. Solo una interacción/medida en un momento dado puede decidir en qué estado se encuentra. En el ejemplo de mi gato, la interacción es la descomposición nuclear (comenzando el veneno).

1) Si hay algo (un qubit o cualquier otra cosa) que sea igual a ambos$0$y$1$al mismo tiempo, entonces$0=1$. Creo que podemos decir que esto es inequívocamente erróneo y no hace falta decir nada más. Diré un poco más de todos modos.

2) El estado de una partícula por definición contiene todo lo que hay que saber sobre esa partícula. Esto hace imposible, por definición, que una partícula ocupe más de un estado a la vez.

3) Cada estado de cada sistema cuántico es (¡de múltiples maneras!) una superposición (es decir, una suma) de otros estados exactamente en el mismo sentido que el número entero$8$es una superposición de$3$y$5$. el numero de planetas es$8$. La mayoría de nosotros no queremos expresar esto diciendo que el número de planetas es a la vez$3$y$5$simultaneamente. Por supuesto, puedes andar diciendo esas cosas si quieres, pero nadie te va a entender.

Hay pocas declaraciones inequívocas, si es que hay alguna, que se pueden hacer sobre las interpretaciones de QM, casi todo es solo la opinión de alguien. Nadie entiende realmente qué son realmente los estados cuánticos superpuestos. En mi opinión, los estados cuánticos siempre se manifiestan como múltiples estados a la vez como resultado de una sola medición, porque los estados cuánticos únicos son estados puros ideales que tendrían cero entropía, y la entropía cero no es realizable por la declaración de Nernst de la tercera ley de termodinámica. Todas las mediciones de laboratorio realizables están espectralmente limitadas en cualquier base de medición y, por lo tanto, necesariamente deben dar como resultado estados cuánticos mixtos, es decir, estados con entropía distinta de cero, son superposiciones incoherentes. Esto significa que los estados cuánticos (a menudo considerados mutuamente excluyentes) en realidad deben existir al mismo tiempo.

¿No es esta definición engañosa para el público en general? Para mí, la superposición no se trata de dos o más estados propios que coexisten al mismo tiempo, es solo un fenómeno físico que es matemáticamente conveniente cuando tratamos con sistemas probabilísticos.

La mecánica cuántica no se trata principalmente de sistemas probabilísticos. Las amplitudes cuadradas de los estados a veces obedecen las reglas de probabilidad, pero a menudo las rompen:

https://arxiv.org/abs/math/9911150 .

Soy consciente de que existe mucha controversia incluso en la interpretación filosófica de la mecánica cuántica en sí misma, que no es mi enfoque para discutir las diversas interpretaciones aquí.

Has malinterpretado gravemente la situación relativa a las 'interpretaciones' de la mecánica cuántica, como suelen hacer los físicos. Los relatos de la mecánica cuántica que dicen que una partícula está en dos estados a la vez están más cerca de la realidad que sus ideas actuales.

Diferentes 'interpretaciones' son, en el mejor de los casos, diferentes relatos de lo que está sucediendo en la realidad. Muchos de esos relatos no tratan en absoluto de la mecánica cuántica. Más bien, se trata de teorías físicas completamente diferentes que hacen predicciones diferentes, por ejemplo, las predicciones de la teoría de la onda piloto no coinciden con las de la mecánica cuántica:

https://arxiv.org/abs/1510.03508

Una teoría que da una explicación diferente de cómo funciona el mundo a partir de la mecánica cuántica y hace predicciones diferentes difícilmente puede describirse como una interpretación: es una teoría física distinta. No estoy de acuerdo con la teoría de la onda piloto, pero tiene potencial para ser un competidor viable. La teoría GRW y otras teorías sobre la explicación física del colapso están en el mismo barco.

Las interpretaciones estadísticas y de Copenhague son simplemente mala filosofía disfrazada de física. Niegan u oscurecen la necesidad de una explicación de lo que sucede en la realidad. Este es un tema filosófico, pero como muchos otros temas, también es un asunto de importancia práctica inmediata. La gente piensa que la filosofía es una tontería sin sentido, pero eso solo es cierto en el caso de la mala filosofía, como la filosofía que subyace en las interpretaciones estadísticas y de Copenhague. Sin una cuenta de lo que está sucediendo en la realidad, es imposible establecer o comprender los experimentos correctamente. Por ejemplo, vea la confusión innecesaria sobre si la mecánica cuántica es local o no:

https://arxiv.org/abs/1109.6223

https://arxiv.org/abs/quant-ph/9906007

Solo hay una interpretación de la mecánica cuántica en sí misma, e involucra múltiples versiones interactivas del mismo sistema, clasificadas en estructuras que se asemejan aproximadamente al universo descrito por la física clásica:

https://arxiv.org/abs/quant-ph/0104033 .

Esas diferentes versiones interactúan, lo que hace que el mundo sea más complicado que una colección de universos paralelos que no interactúan. Sin embargo, la interpretación correcta implica múltiples versiones del mismo sistema que pueden estar en diferentes lugares, por lo que el artículo popular está mucho más cerca de la realidad que sus ideas, que son simplemente instrumentalismo reciclado.