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量子位元（又称为Q位元、qubit ），在量子资讯科学中是量子信息的计量单位。传统电脑使用的是0和1，量子电脑虽然也是使用0跟1，但不同的是，量子电脑的0与1可以同时计算。在古典系统中，一个位元在同一时间，只有0或1，不是0就是1，不是1就是0，只存在一种状态，但量子位元可以是1同时也可以是0，两种状态同时存在，这种效果叫量子叠加。这是量子电脑计算目前独有的特性。
定义
具有量子特性的系统（通常为双态系统，如自旋1/2粒子），选定两个相互正交的本征态[1] ，分别以0 \rangle（采狄拉克标记右括向量表示）和1 \rangle代表。当对此系统做投影式量子测量时，会得到的结果必为这两个本征态之一，以特定机率比例出现。此外，这两个本征态可以复数系数做线性叠加得到诸多新的量子态
- \psi \rangle = \alpha |0 \rangle + \beta |1 \rangle ; \quad \alpha, \beta \in \mathbb{C}，
而从量子力学得知，这些线性叠加态\psi \rangle \,的两个复数系数，必须要求各自绝对值平方相加之和为1，也就是：
- \alpha |^2 + |\beta |^2 = 1 \,
因为
- 1 = \langle \psi |\psi \rangle = (\alpha |0 \rangle + \beta |1 \rangle)^{\dagger} (\alpha |0 \rangle + \beta |1 \rangle) = (\alpha^* \langle 0| + \beta^* \langle 1| ) (\alpha |0 \rangle + \beta |1 \rangle)
- \alpha^* \alpha \langle 0|0 \rangle + \beta^* \beta \langle 1|1 \rangle
- \alpha |^2 + |\beta |^2 \,即要求总机率要是1。
两个本征态0 \rangle、1 \rangle及无限多种线性叠加态\psi \rangle = \alpha |0 \rangle + \beta |1 \rangle，集合起来就代表了一个量子位元；各态皆属纯态。
和（古典）位元“非0即1”有所不同，量子位元可以“又0又1”的状态存在，所谓“又0又1”即上述无限多种(\alpha , \beta) \,组合的线性叠加态。这特性导致了量子平行处理等现象，并使量子计算应用在某些课题上显著地优于古典计算，甚至可进行古典计算无法做到的工作。
量子位元通常会采用一种几何表示法将之图像化，此表示法称之为布洛赫球面。
补充
制造20个量子位元的纠缠态
于利希团队的目标，是创造出20个量子位元互相纠缠在一起的状态，并且控制它们。首先，他们将20个电中性的原子（实验中使用的是铷的同位素，87Rb）排成一直线，接著，使用雷射光束来照射这排原子。透过调变雷射光束的频率，把原子外围的电子激发到主量子数n很高的激发态，使这些原子成为所谓的雷德堡原子。此外，研究团队精心设计了这些原子之间的距离，使得已经处于激发态的原子旁边的原子无法被激发。因此，若是以0代表为激发的原子，1代表被激发的原子，则整串原子在调变频率的过程中，就会从都是0的状态慢慢转变成0101…或是1010…的状态，在这之中每一个原子的状态都会影响到其他原子的状态，也就是创造出了处于0101…和1010…的叠加态的一串原子。
然而，在创造出这样的叠加态的过程中，除了上述两种想要达到的状态之外，还会有其他一些能量相近的状态被造出来，也就是说这串原子可能处于２个状态以上的叠加态，这些多馀的状态通常是一串原子的头尾两颗原子都被激发（例如1001…或101001…0101等）。所以，他们解决这个问题的方式就是利用另外两束雷射来降低头尾两侧最旁边原子的能量，使头尾两侧最旁边的原子无法同时被激发。
要使用上述的方法，必须要非常精准地调控雷射光的频率、强度、持续时间等，而这种光学的操控技术正是此团队的专业之一，透过这样的专业技术，才得以实现在有限的时间内纠缠更多量子位元。
控制纠缠态的技术
利用这样卓越的光学控制技术，研究团队还可以操控纠缠的量子态。研究团队以8个量子位元的系统为例子，首先，按照上述的方法，准备一个纠缠的叠加态，接著，利用两道雷射光照射头尾两侧最旁边的两个原子（左、右）以改变它们的能量，这样它们就不会受到之后的操作影响状态，再来，如前面所述的方法，透过调变照在整排原子上的雷射光之频率来使整排原子的状态改变。若对整排原子做反向的调变，系统就会被调回去全部都是0的状态，只留下两端的原子，处于01和10的叠加态。此时这两颗相距甚远的原子就纠缠在一起了。
于利希研究中心的跨国研究团队利用他们专业的光学控制技术，展示了一种新的方法，使得在制造大规模纠缠量子态的量子位元组的路上，又前进了一步。他们并且同时展示了控制一个纠缠态系统的方法。他们的研究为量子计算、量子资讯工程、量子计量学等领域的进步带来很大的贡献。