Um qubit é a quantum bit, a contrapartida em computação quântica para o dígito binário ou bit da computação clássica. Assim como um bit é a unidade básica de informação em um computador clássico, um qubit é a unidade básica de informação em a quantum computer.
Em um computador quântico, um número de partículas elementares como elétrons ou fótons pode ser usado (na prática, o sucesso também foi alcançado com íons), com sua carga ou polarização atuando como uma representação de 0 e/ou 1. Cada uma dessas partículas é conhecida como qubit; a natureza e o comportamento dessas partículas (como expresso em teoria quântica) formam a base da computação quântica. Os dois aspectos mais relevantes da física quântica são os princípios de superposição e emaranhamento.
Superposição
Pense num qubit como um electrão num campo magnético. O spin do elétron pode estar em alinhamento com o campo, que é conhecido como a spin-up state, ou oposto ao campo, que é conhecido como a spin-down state. A mudança do spin do elétron de um estado para outro é obtida usando um pulso de energia, tal como de a laser - digamos que usamos 1 unidade de energia de laser. Mas e se usarmos apenas meia unidade de energia laser e isolarmos completamente a partícula de todas as influências externas? De acordo com a lei quântica, a partícula entra então numa sobreposição de estados, nos quais ela se comporta como se estivesse em ambos os estados simultaneamente. Cada qubit utilizado poderia ter uma sobreposição de 0 e 1. Assim, o número de cálculos que um computador quântico poderia fazer é 2^n, onde n é o número de qubits utilizados. Um computador quântico composto de 500 qubits teria um potencial para fazer 2^500 cálculos em um único passo. Este é um número impressionante - 2^500 é infinitamente mais átomos do que há no universo conhecido (este é o verdadeiro processamento paralelo - computadores clássicos hoje em dia, mesmo os chamados processadores paralelos, ainda só fazem realmente uma coisa de cada vez: há apenas dois ou mais deles fazendo isso). Mas como é que estas partículas vão interagir entre si? Elas o fariam através de enredamento quântico.
p>b>Entanglement
Particulas que interagiram em algum ponto retêm um tipo de conexão e podem ser enredadas umas com as outras em pares, num processo conhecido como correlação. Conhecer o estado de spin de uma partícula enredada - para cima ou para baixo - permite saber que o spin da sua companheira está na direção oposta. Ainda mais surpreendente é o conhecimento de que, devido ao fenómeno da sobreposição, a partícula medida não tem uma única direcção de spin antes de ser medida, mas está simultaneamente em estado de spin-up e spin-down. O estado de spin da partícula a ser medida é decidido no momento da medição e comunicado à partícula correlacionada, que assume simultaneamente a direção de spin oposta à da partícula medida. Este é um fenómeno real (Einstein chamou-lhe "acção assustadora à distância"), cujo mecanismo ainda não pode, por enquanto, ser explicado por qualquer teoria - deve simplesmente ser tomado como dado. O emaranhamento quântico permite que as qubits que estão separadas por distâncias incríveis interajam entre si instantaneamente (não limitado à velocidade da luz). Não importa quão grande seja a distância entre as partículas correlacionadas, elas permanecerão enredadas enquanto estiverem isoladas.
Acopladas, a sobreposição quântica e o enredamento criam um poder computacional enormemente aumentado. Onde um registro de 2 bits em um computador comum pode armazenar apenas uma das quatro configurações binárias (00, 01, 10, ou 11) a qualquer momento, um registro de 2 bits em um computador quântico pode armazenar os quatro números simultaneamente, porque cada qubit representa dois valores. Se mais qubits forem adicionados, a capacidade aumentada é expandida exponencialmente.