Una superposición es un estado puro. Si un sistema puede existir en múltiples estados, entonces una superposición de estados es una suma de estados con fase y amplitud definidas, representada por coeficientes complejos. Por otro lado, un estado mixto está representado por una suma de probabilidades para encontrar el sistema en cada estado. La diferencia clave es que las probabilidades no tienen información de fase y, por lo tanto, no pueden interferir en la forma en que pueden hacerlo las amplitudes complejas. También la terminología es importante. La probabilidad de encontrar un sistema en un estado específico requiere calcular un valor esperado, que es una medida. Por otro lado, una superposición es un estado cuántico que evoluciona de acuerdo con la ecuación de Schrödinger.
La diferencia clave entre un estado mixto y una superposición de estados puros radica en que este último puede dar lugar a interferencias cuánticas. Si realiza una medición de un estado mixto, solo obtiene las diversas probabilidades. Sin embargo, si el estado está en una superposición, cualquier medición le dará probabilidades aparentes que dependen de la fase del estado cuántico, y por lo tanto puede cambiar con diferentes puntos en el tiempo o el espacio, lo cual es característico de la interferencia.
En general, los estados mixtos y las superposiciones pueden representarse con un formalismo simple conocido como matriz de densidad.
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