量子电路是量子算法的基本构建块，类似于传统计算中的经典逻辑电路。它们由量子比特（量子位）和量子门组成，这些量子门操纵这些量子比特以执行计算。与经典比特只能是 0 或 1 不同，量子比特可以存在于状态的叠加中，从而实现并行处理。量子门通过旋转或纠缠等操作来修改这些状态的概率幅度。例如，Hadamard 门将量子比特置于叠加状态，而 CNOT 门则将两个量子比特纠缠在一起，从而在它们的状态之间建立相关性。
量子电路通过将一系列门应用于量子比特，然后进行测量以提取经典结果来工作。该过程从初始化量子比特开始，通常处于 |0⟩ 状态。然后以特定顺序应用门来转换量子比特的状态。例如，一个简单的电路可能会在第一个量子比特上使用 Hadamard 门来创建叠加，然后使用 CNOT 门将其与第二个量子比特纠缠，从而产生 Bell 态。最后，测量量子比特会将它们的量子状态坍缩为经典结果（0 或 1）。由于量子状态是概率性的，因此通常会多次执行电路以收集统计数据，例如识别特定结果的可能性。
实现量子电路需要专门的硬件，例如超导量子比特或捕获离子，它们使用物理方法（如微波脉冲或激光）来操纵量子比特。然而，噪声和退相干（量子态的损失）带来了挑战，限制了电路深度和可靠性。诸如 Qiskit 或 Cirq 之类的工具允许开发人员在无需硬件专业知识的情况下设计和模拟电路。例如，用于分解整数的 Shor 算法使用量子电路来利用叠加和纠缠，从而实现比经典方法呈指数级的加速。虽然仍处于实验阶段，但这些电路展示了在密码学、优化和材料科学中解决问题的潜力。