- 양자 중첩, 量子重疊, quantum superposition
- 두 개 이상의 양자 상태가 합쳐진 것.
양자 상태를 측정하기 전에 측정에 의한 여러 결과 상태가 이미 확률적으로 동시에 존재하는 것을 말한다
양자 역학에서 자연은 불연속적이며, 관측을 통해서 확률적으로 확인할 수 있다. 예를 들어, 광자의 임의의 대각 편광을 수직 편광과 수평 편광 방향으로 관측하는 경우 확률적으로 수직 편광 또는 수평 편광을 얻을 수 있다. 이때 관측 전의 대각 편광은 관측 후에 수직 편광 상태와 수평 편광 상태가 확률적으로 발생하는 양자 중첩 상태라고 할 수 있다. 추가로, 광자의 수직 편광 또는 수평 편광 상태는 관측했을 때 50%의 확률로 45° 또는 –45° 대각 편광 상태가 관측되는 대각 편광의 중첩 상태이다.
양자 중첩은 기존의 확률 분포와는 다르다. 상자 속에 동전이 있다고 가정했을 때, 상자를 충분히 흔든 후 상자를 열어 동전의 상태를 보면 동전의 앞면과 뒷면이 나올 경우는 각각 50%이다. 관측 결과 값이 확률적으로 정해진다는 점에서 둘은 비슷해 보인다. 그러나 기존의 확률 분포에서 실제 동전은 상자를 열기 전에 이미 앞면 또는 뒷면이 정해진 상태다. 양자 중첩에서 동전은 상자를 열기 전에는 여전히 앞면과 뒷면이 결정되지 않은 상태로 존재하며 상자를 여는 순간 확률적으로 앞면과 뒷면 중 하나로 결정된다.또 다른 예로 상자 안에 100원 동전 2개와 500원 동전 8개가 들어 있는 경우를 생각해보자. 상자에서 동전을 꺼낼 때, 100원 동전이 나올 경우는 20%이고 500원 동전이 나올 경우는 80%이다. 하지만 동전의 금액이 아닌 동전의 앞면과 뒷면을 확인하는 경우 상자 속 100원 동전의 개수와 500원 동전의 개수에 상관없이 언제나 50%이다. 이와 유사하게 관측하였을 때 수직 편광과 수평 편광이 나올 확률이 각각 20%, 80%인 광자를 45° 대각 편광으로 관측한다. 동전의 앞면과 뒷면이 나올 확률이 각각 50%인 것 같이 수직 편광 또는 수평 편광으로 관측했을 경우 45° 대각 편광이 나올 확률은 50%이지만, 광자를 45° 대각 편광으로 관측하였을 경우 대각 편광이 나올 확률은 50%가 아닌 58% 이다. 앞서 100원 동전과 500원 동전의 비율에 상관없이 동전의 앞면과 뒷면이 나올 확률이 언제나 50%로 동일한 것과는 다르게 양자 중첩에서는 수직 편광과 수평 편광의 관측 확률 값이 대각 편광의 관측 확률에 반영된 것을 알 수 있다.
양자 상태는 측정 전에는 정확히 알 수 없으며 확률적으로 관측되는 결과의 중첩 상태로 표현한다. 양자 컴퓨터는 이러한 양자 중첩을 이용해 해결하고자 하는 문제의 다양한 입력을 하나의 양자 상태로 구성하고, 양자 병렬성(quantum parallelism)과 양자 간섭(quantum interference)을 이용하여 고속 연산을 수행한다.