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量子位元（又稱為Q位元、qubit ），在量子資訊科學中是量子信息的計量單位。傳統電腦使用的是0和1，量子電腦雖然也是使用0跟1，但不同的是，量子電腦的0與1可以同時計算。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，只存在一種狀態，但量子位元可以是1同時也可以是0，兩種狀態同時存在，這種效果叫量子疊加。這是量子電腦計算目前獨有的特性。
定義
具有量子特性的系統（通常為雙態系統，如自旋1/2粒子），選定兩個相互正交的本徵態[1] ，分別以0 \rangle（採狄拉克標記右括向量表示）和1 \rangle代表。當對此系統做投影式量子測量時，會得到的結果必為這兩個本徵態之一，以特定機率比例出現。此外，這兩個本徵態可以複數係數做線性疊加得到諸多新的量子態
- \psi \rangle = \alpha |0 \rangle + \beta |1 \rangle ; \quad \alpha, \beta \in \mathbb{C}，
而從量子力學得知，這些線性疊加態\psi \rangle \,的兩個複數係數，必須要求各自絕對值平方相加之和為1，也就是：
- \alpha |^2 + |\beta |^2 = 1 \,
因為
- 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 \,即要求總機率要是1。
兩個本徵態0 \rangle、1 \rangle及無限多種線性疊加態\psi \rangle = \alpha |0 \rangle + \beta |1 \rangle，集合起來就代表了一個量子位元；各態皆屬純態。
和（古典）位元「非0即1」有所不同，量子位元可以「又0又1」的狀態存在，所謂「又0又1」即上述無限多種(\alpha , \beta) \,組合的線性疊加態。這特性導致了量子平行處理等現象，並使量子計算應用在某些課題上顯著地優於古典計算，甚至可進行古典計算無法做到的工作。
量子位元通常會採用一種幾何表示法將之圖像化，此表示法稱之為布洛赫球面。
補充
製造20個量子位元的糾纏態
於利希團隊的目標，是創造出20個量子位元互相糾纏在一起的狀態，並且控制它們。首先，他們將20個電中性的原子（實驗中使用的是銣的同位素，87Rb）排成一直線，接著，使用雷射光束來照射這排原子。透過調變雷射光束的頻率，把原子外圍的電子激發到主量子數n很高的激發態，使這些原子成為所謂的雷德堡原子。此外，研究團隊精心設計了這些原子之間的距離，使得已經處於激發態的原子旁邊的原子無法被激發。因此，若是以0代表為激發的原子，1代表被激發的原子，則整串原子在調變頻率的過程中，就會從都是0的狀態慢慢轉變成0101…或是1010…的狀態，在這之中每一個原子的狀態都會影響到其他原子的狀態，也就是創造出了處於0101…和1010…的疊加態的一串原子。
然而，在創造出這樣的疊加態的過程中，除了上述兩種想要達到的狀態之外，還會有其他一些能量相近的狀態被造出來，也就是說這串原子可能處於２個狀態以上的疊加態，這些多餘的狀態通常是一串原子的頭尾兩顆原子都被激發（例如1001…或101001…0101等）。所以，他們解決這個問題的方式就是利用另外兩束雷射來降低頭尾兩側最旁邊原子的能量，使頭尾兩側最旁邊的原子無法同時被激發。
要使用上述的方法，必須要非常精準地調控雷射光的頻率、強度、持續時間等，而這種光學的操控技術正是此團隊的專業之一，透過這樣的專業技術，才得以實現在有限的時間內糾纏更多量子位元。
控制糾纏態的技術
利用這樣卓越的光學控制技術，研究團隊還可以操控糾纏的量子態。研究團隊以8個量子位元的系統為例子，首先，按照上述的方法，準備一個糾纏的疊加態，接著，利用兩道雷射光照射頭尾兩側最旁邊的兩個原子（左、右）以改變它們的能量，這樣它們就不會受到之後的操作影響狀態，再來，如前面所述的方法，透過調變照在整排原子上的雷射光之頻率來使整排原子的狀態改變。若對整排原子做反向的調變，系統就會被調回去全部都是0的狀態，只留下兩端的原子，處於01和10的疊加態。此時這兩顆相距甚遠的原子就糾纏在一起了。
於利希研究中心的跨國研究團隊利用他們專業的光學控制技術，展示了一種新的方法，使得在製造大規模糾纏量子態的量子位元組的路上，又前進了一步。他們並且同時展示了控制一個糾纏態系統的方法。他們的研究為量子計算、量子資訊工程、量子計量學等領域的進步帶來很大的貢獻。