出典検証済みレベル 1
収縮（波束の収縮）
収縮（コラプス）とは、測定時に量子状態が急激に更新されることです：重ね合わせが消え、観測された結果に対応する一つの基底状態に置き換わります。
どういう意味か
測定前、量子ビットは重ね合わせ状態|ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩にあり得ます。計算基底で測定した瞬間、状態は「収縮」します：結果が0なら測定後の状態は|0⟩、1なら|1⟩です。形式的には、観測された結果に射影して規格化します：|ψ'⟩ = Pᵢ|ψ⟩ / √⟨ψ|Pᵢ|ψ⟩。収縮は実質的に不可逆です — 一つの測定結果から元の振幅αとβを復元することはできません。重要なのは、ここで教える収縮は操作的な更新規則だということです：その後のすべての予測にどの状態を使うべきかを教えてくれます。収縮の際に物理的に何かが「起こる」のかどうかは解釈の問題であり（コペンハーゲン解釈、多世界解釈などは立場が異なります）、すべての解釈は予測される統計については一致しています。量子コンピューティングにおいて、収縮は重ね合わせをそのまま読み出せない理由です — アルゴリズムは、最終測定が状態を収縮させる前に、干渉を使って正答に振幅を集中させなければなりません。日常のたとえ
収縮は回っているコインのようなものです：テーブルの上で回っている間は表でも裏でもない「どちらでもあるような」状態です。手のひらでパチンと押さえて覗いた瞬間、コインはどちらかの面を選ばなければなりません。そしてどんなにそっと手を持ち上げても、回転はもう消えています — 押さえたことを取り消すことはできません。
かけっこの写真判定のようなものです：選手が走っている間は多くの結果があり得ますが、カメラのシャッター（測定）はただ一つの最終順位だけを記録し、その写真からレースをやり直すことはできません。
よくある誤解
- 収縮は空間を伝わる物理的な力や波ではありません — 量子状態の記述の更新であって力学的な衝撃ではなく、光より速く情報を伝えることもありません。もつれたペアの一方の量子ビットを測定すると他方の記述は即座に更新されますが、利用可能な信号が送られるわけではありません。情報を取り出すには依然として古典的な通信が必要です。
- 収縮はデコヒーレンスと同じではありません：デコヒーレンスは環境によってコヒーレンスが徐々に失われ、システムが古典的に見えるようになる過程であり、収縮は確定的な測定結果を得ることに伴う状態の更新です。
- 収縮は量子ビットが最初から「こっそりその状態だった」という意味ではありません — 干渉実験は、固定された一つの基底にあらかじめ隠れた値が存在するという描像を排除します。
要点
- 測定は重ね合わせを、観測された結果に対応する一つの基底状態に置き換えます（射影＋規格化）。
- 収縮は不可逆です：一つの結果から測定前の振幅を復元することはできません。
- 収縮は、もつれた状態であっても光より速く情報を伝えません。
- アルゴリズムは最終測定の前に干渉の仕事を終えなければなりません。収縮が量子計算を終わらせるからです。
理解度チェック
状態(|0⟩ + |1⟩)/√2にある量子ビットを測定し、結果1を得ました。測定直後の量子ビットの状態は何ですか？
- A.(|0⟩ + |1⟩)/√2のまま変化なし
- B.|1⟩
- C.|0⟩
- D.ランダムな新しい重ね合わせ
答えを見る
答え: B. |1⟩
理由: 測定は重ね合わせを、観測された結果に対応する基底状態に収縮させます。結果が1だったので、測定後の状態は|1⟩であり、元の重ね合わせは消えています。
前提となる概念
一次資料: Nielsen & Chuang, Quantum Computation and Quantum Information (2010), doi:10.1017/CBO9780511976667
Graded 2026-07-10 (human sign-off): established for the operational state-update (projection) rule per Nielsen & Chuang (2010) §2.2.3/§2.2.5 and Preskill Ph219. The ontological status of collapse (interpretations of quantum mechanics) remains an open question; this entry confines itself to the operational rule. Pending human grading.