量子比特，也被称为量子位，是量子计算中的基本数据单位。就像经典计算机中的二进制位，因为它可以存储信息，但由于量子力学，它的行为非常不同。
量子计算机通常使用亚原子粒子，如光子(光包)或电子作为量子比特。在量子位中，电荷、光子偏振或自旋等属性代表二进制计算中的1和0。然而，由于其量子性质，量子位也会受到叠加和纠缠现象的影响，这就是事情开始变得奇怪的地方。
比特和量子位:有什么区别?
量子位既可以是0也可以是1，就像比特一样，它可以同时占据这两种状态——或者是1和0的叠加态。量子位将保持叠加状态，直到它被直接观察到或被外部环境因素(如热)破坏。由于这种量子态非常微妙，量子位必须保持不受干扰，这需要非常低的温度。
叠加允许量子计算机的量子位处于多种状态(0,1或两者都有)，并且可能的状态数量随着量子位的增加而呈指数增长。例如，如果你有两个经典比特，在任何给定的时间，它们的值可以是0或0;0, 1;1, 0;或1,1。
有了两个量子位，你可以同时在所有四种状态下对数据进行编码。因此，量子计算机可能比使用二进制位的传统计算机具有更大的处理能力。你拥有的量子比特越多，你可以并行处理的计算就越多——如果你向系统中添加更多，这将呈指数级增长。然而，要看到处理能力的指数级增长，你还必须纠缠量子位。
纠缠是如何工作的?
在量子纠缠中，亚原子粒子的状态是联系在一起的，不管它们相距多远。获得有关量子比特的信息将自动提供有关其纠缠粒子的信息。
纠缠的粒子总是处于相关状态。因此，如果测量一个粒子的属性(如自旋)，从而使其脱离叠加态，那么同样的事情也会立即发生在纠缠的粒子身上。由于两个纠缠粒子的状态总是相关的，知道一个纠缠粒子的状态意味着可以推断出另一个纠缠粒子的状态。
科学家们正在研究是否有一种方法可以从量子比特与周围环境的相互作用中间接推断出量子比特的信息，而不是直接测量量子比特，从而导致它失去叠加态。
量子比特的量子纠缠也允许它们同时相互作用，而不管它们彼此之间的距离如何。当与叠加相结合时，量子纠缠在理论上使量子位大大增强了量子计算机的计算能力，使它们能够执行强大的二进制计算机难以解决的复杂计算。
目前这在小范围内是可行的，但挑战在于扩大规模。例如，一些计算，如破解加密算法，将需要经典计算机数百万年才能完成。然而，如果我们能建造一台拥有数百万量子比特的量子计算机，那么同样的算法可以在几秒钟内被破解。
为什么量子比特如此脆弱且容易退相干?
那么，为什么我们不简单地堆积越来越多的量子比特来建造这样一台机器呢?不幸的是，量子比特的寿命很短，叠加态可能会在非常微弱的外部环境影响下崩溃，比如热量或运动。因此，它们被认为“嘈杂”且容易出错。
出于这个原因，许多量子比特需要被冷却到接近绝对零度，并使用专门的设备进行维护。它们还具有令人难以置信的短“相干时间”——这是它们保持处理量子计算所需的理想状态的时间。相干时间通常只持续几分之一秒。(世界纪录是10分钟完成一个量子位，但专家认为不太可能转化为真正的量子计算机。)这个因素也使得量子比特不适合长期数据存储。
尽管现在存在许多量子计算机，但我们仍然需要对量子比特应用“纠错”技术来信任它们的结果。目前正在研究的一种主要的纠错方法是建立一个“逻辑量子比特”。逻辑量子位实际上是一组纠缠在一起、容易出错的量子位，它们在不同的地方存储相同的信息。这在计算过程中分散了可能的故障点，从而纠正了错误。如果量子位足够稳定，加上量子位的叠加和量子纠缠，有朝一日，量子计算机可以在二进制计算机所需的一小部分时间内完成计算，并解决即使是当今最强大的超级计算机也无法解决的复杂方程。
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