在传统计算机中一个经典比特可以是0或者1，假设输入寄存器有3位，则可以表示2^2 = 4种状态。 4个经典二进制比特的所有状态：00， 01， 10， 11，而量子比特则是基于量子力学的态叠加原理对经典比特的一种扩展。 量子力学是上个世纪发展起来的描述微观世界的一门学问。量子力学有很多违反直观的原理， 其中态叠加原理就是其中一个极其深刻的原理，根据态叠加原理，一个量子不仅可以处于 0 或者 1 状态，也可以处于一种叠加状态，这种叠加状态使得每个量子比特比经典比特表达更多的信息。
为了用许多这样的量子比特执行计算任务，它们必须持续地处在一种相互关联的叠加态下，即所谓的量子相干态。这些量子比特处于纠缠之中，一个比特的变化能够影响到剩下所有的量子比特。这就暗示了基于量子比特的运算能力将远远超过传统比特。传统电子计算机的运算能力随着比特位的增加呈线性增长，而每增加一个量子比特位，则有可能使量子计算机的运算能力加倍（呈指数增长）。这也就是为什么 5 量子比特位和 50 量子比特位的量子计算机有天壤之别。当量子计算机计算某个任务时，它所用的速度比最好的传统计算机快时，就达成了所谓的量子霸权，或许到量子计算机真正稳定的投入到商用之后，离计算机产生意识也不远了吧。
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