La sovrapposizione quantistica è un principio fondamentale della meccanica quantistica, secondo il quale un sistema quantistico – come una particella – può esistere in più stati contemporaneamente fino a quando non viene effettuata una misura.
Questo comportamento emerge dalla struttura matematica della teoria, che descrive i sistemi quantistici attraverso la funzione d’onda, ovvero la soluzione dell’equazione di Schrödinger, che governa l’evoluzione nel tempo del sistema.
La funzione d’onda, in generale, non assegna al sistema una proprietà fisica definita, ma la probabilità con cui si realizzerà una certa proprietà fisica una volta effettuata la misura. Prima della misura il sistema fisico si trova in una combinazione (o sovrapposizione) di tutti gli stati possibili. Ad esempio, se un elettrone può trovarsi nello stato A, nello stato B o nello stato C, la sua funzione d’onda lo descriverà come se fosse contemporaneamente con diverse probabilità nei tre stati, in una sovrapposizione di A, B e C. É solo dopo la misura che si realizza una delle tre possibilità.
Dalla funzione d’onda non si può determinare il risultato di una misura ma solo la probabilità che la misura dia quel determinato risultato. Questa probabilità non è dovuta alla nostra ignoranza, come in meccanica classica lo è nel caso del lancio di una moneta (in questo caso se conoscessimo tutte le forze in gioco potrei predire con esattezza l’esito del lancio), ma è un fattore intrinseco della teoria quantistica.
Proprio Schrödinger, critico verso le implicazioni concettuali della sua stessa equazione, formulò il paradosso del gatto, mettendo in evidenza come il concetto di sovrapposizione non abbia un analogo nel mondo macroscopico: il gatto non può essere vivo e morto contemporaneamente.