什么是量子比特？
量子比特介绍
正如二进制位是经典（或传统）计算的基本信息单位，量子比特（或量子位）是量子计算的基本信息单位。量子计算正在推动医疗保健、能源、环境系统、智能材料等领域的新发现。
量子比特与位
量子比特是由多种可能状态的叠加来表示的
量子比特利用叠加的量子力学现象来实现两种状态的线性组合。一个经典的二进制位只能表示一个单独的二进制值，例如 0 或 1，这意味着它只能处于两种可能状态的其中一种。不过，一个量子比特可以表示 0，也可以表示 1，还可以表示 0 和 1 这两种状态组合的任意比例的叠加，其中有一定的概率是 0，也有一定的概率是 1。
叠加赋予了量子计算机超强的计算能力
叠加使量子算法处理信息所需的时间甚至比最快的经典系统解决某些问题所需的时间还要短。
- 量子比特系统所能表示的信息量呈指数增长。500 个量子比特所能轻松表示的信息，即使是 2^500 个以上的经典位也不可能实现。
- 经典计算机需要数百万年时间才能求得 2048 位数字的质因数。而量子比特可以在几分钟内完成计算。
量子比特的物理实现有许多种
传统计算机使用的是我们熟悉的硅基芯片，而量子比特（有时被称为“量子计算机量子比特”）则可能由离子阱、光子、人造原子或实际原子，或者是准粒子组成。根据体系结构和量子比特系统，某些实现需要将其量子比特保持在接近绝对零度的温度。
叠加、干涉和纠缠
叠加使量子算法能够利用其他量子力学现象，如干涉和纠缠。叠加、干涉和纠缠共同创造的计算能力能够比经典计算机更快地解决问题。
干涉
叠加的结果就是干涉。量子比特的状态可能会相互干涉，因为每个状态都由一个概率振幅来描述，就像波的振幅一样。
建设性干涉可增强振幅，而破坏性干涉可抵消振幅。量子计算算法中就应用了这些效应，因此它们与经典算法有着根本的不同。干涉和纠缠一起被用来实现量子计算所承诺的量子加速。
纠缠
多个量子比特可能会表现出量子纠缠。纠缠的量子比特总是相互关联，以形成单一的系统。即使在这些量子比特相距无限远的情况下，我们也可以通过测量其中一个量子比特的状态来了解另一个量子比特的状态，而不需要直接进行测量。
任何量子计算的过程都必须有量子纠缠，而且你无法在经典计算机上有效地执行纠缠。应用包括分解大数（秀尔算法）以及求解搜索问题（格罗弗算法）。
量子比特的未来
量子比特很脆弱
量子计算中最重要的障碍之一是量子比特本身的脆弱性。量子比特系统与其环境（包括测量装置）相互纠缠，很容易使系统产生扰动，导致退相干。因此，目前正在制定量子计算的硬件建设和纠错的改进方法。
拓扑量子比特更稳定
为了解决固有的脆弱性，Microsoft 使用拓扑量子比特，通过巧妙地处理其结构，并使用防止量子比特受外部干扰的化合物环绕量子比特，保持其稳定性。由于准粒子的拓扑特性，拓扑量子比特不再受到噪声的影响，这使 Microsoft 的量子硬件对错误变得更加稳健。这种稳定性的提高可帮助量子计算机进行扩展，以完成更长更复杂的计算，从而实现更复杂的解决方案。
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