量子比特及其与经典比特的区别 量子比特（qubit）是量子计算中的基本信息单元。与只表示 0 或 1 的经典比特不同，量子比特利用量子力学可以存在于叠加态。这意味着一个量子比特可以同时处于 0 和 1 的组合状态，在数学上表示为两个状态之间的概率振幅（例如，α|0⟩ + β|1⟩，其中 α 和 β 是复数）。叠加态允许量子计算机同时处理多种可能性，这是某些类型计算的关键优势。例如，一个量子比特可以编码两种状态，两个量子比特可以编码四种状态，以此类推，随着量子比特数量的增加呈指数级增长。
量子比特和经典比特的主要区别在于它们的行为和能力。经典比特是确定性的：它们总是确定的 0 或 1。然而，量子比特在测量之前是概率性的，测量时其叠加态会坍缩到单一状态（0 或 1）。此外，量子比特可以表现出纠缠，这是一种现象，其中一个量子比特的状态与另一个量子比特直接相关，即使相隔很远。例如，处于 (|00⟩ + |11⟩)/√2 状态的两个纠缠量子比特在测量时总是会产生相同的结果，无论物理距离如何。这种特性使量子算法能够实现经典系统中不可能实现的关联性和并行性。
从实践角度来看，量子比特需要专门的硬件来维持其量子态。经典比特使用晶体管、电容器或其他电子元件存储，而量子比特通常使用超导电路、囚禁离子或光子等物理系统来实现。这些系统必须与环境噪声隔离开来，以防止退相干，退相干会破坏量子态。对于开发人员来说，这意味着量子编程涉及纠错和旨在利用叠加态与纠缠的算法。例如，用于分解大数的 Shor 算法依赖于量子比特并行测试多个因子，而经典方法必须按顺序检查它们。然而，量子比特并非普遍更快；它们只在量子力学提供结构性优势的特定问题上表现出色。