重ね合わせと測定：観るまで決まらない

1量子ビットを |ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩ として用意し、測定すると確率 |α|²,|β|² で 0/1 に崩壊する様子を体感します。

θ（|0⟩ と |1⟩ の割合） 70°

φ（位相） 0°

状態：重ね合わせ中（観るまで未確定）

理論確率 P(0) = |α|²

—

理論確率 P(1) = |β|²

—

測定回数

実測割合（0 : 1）

—

ブロッホ球（2D投影）の状態ベクトル

測定結果ヒストグラム（実測割合 → |振幅|² に収束）

量子ビットは |0⟩ と |1⟩ の重ね合わせ |ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩ という状態を取れます。α・β は複素振幅で、|α|² + |β|² = 1 を満たします。
重要なのは、測定する前は 0 でも 1 でもなく両方が同時に「重なって」いること。測定した瞬間に、確率 |α|² で 0、|β|² で 1 へランダムに崩壊します。
そして一度測ると状態は固定され、もう重ね合わせには戻りません（測定の非可逆性）。これは古典的なコインやサイコロには無い、量子だけの性質です。「測定する」を連打して、実測割合が |振幅|² に近づくのを確かめましょう。

いま何が起きている？

ここがポイント

測定確率 = |振幅|² ── 0 が出る確率は |α|²、1 が出る確率は |β|²。位相 φ は確率に影響しない。
大数の法則で収束 ── 測定を繰り返すほど、実測割合は理論確率 |α|²:|β|² へ近づく。
測定は非可逆 ── 一度観ると状態は 0 か 1 に固定され、重ね合わせは壊れる。元に戻すには作り直すしかない。
φ は隠れている ── 位相は今の測定では結果に現れないが、量子ゲート（干渉）では効いてくる重要な情報。