量子计算机使用纠缠（量子比特相互连接的一种现象）来执行经典系统难以实现的计算。当量子比特纠缠时，它们的状态以这样一种方式相关联，即测量一个量子比特会立即确定其他量子比特的状态，即使它们在物理上是分离的。这使得量子算法能够跨纠缠量子比特的所有可能状态并行处理信息。例如，一组纠缠的量子比特可以同时表示值的组合，从而可以一次对所有这些值执行操作。这种并行性是量子加速的关键因素，因为它减少了解决某些问题所需的步骤数。
一个具体的例子是 Shor 算法，它分解大整数的速度比经典方法呈指数级增长。该算法在量子傅里叶变换阶段使用纠缠来识别函数周期性中的模式。通过纠缠代表函数输出不同部分的量子比特，该算法折叠成一种状态，在测量时会揭示周期。类似地，Grover 算法使用纠缠来放大在非结构化搜索中找到正确解决方案的概率。纠缠的量子比特允许该算法同时评估多个可能性并迭代地调整它们的概率，从而将搜索时间从 O(N) 减少到 O(√N)。这些例子表明，纠缠如何使量子算法能够通过集体而非顺序地处理信息来绕过经典限制。
然而，纠缠的好处也伴随着实际挑战。维持纠缠状态需要极度隔离环境噪声，因为与外部系统的交互会导致退相干并破坏纠缠。量子纠错技术（例如表面码）用于检测和纠正纠缠量子比特阵列中的错误。此外，并非所有计算问题都能同样受益于纠缠。优化或量子系统（例如分子相互作用）的模拟等任务会看到显着收益，而更简单的算术运算可能不会。对于开发人员来说，这意味着设计最大限度地发挥纠缠优势同时最大限度地减少噪声暴露的算法——例如，通过优化电路深度或使用混合量子-经典方法。纠缠是一种工具，而不是通用的解决方案，其有效使用取决于问题结构和硬件约束。