A qubit (esetenként qbit) a kvantum-információelméletben az információ alapegysége, a kvantumszámítógépekben a bit megfelelője, melyeket a Q-gép logikai kapukkal dolgoz fel. A klasszikus bit egyértelműen vagy a ${\displaystyle 0}$, vagy az ${\displaystyle 1}$ állapotokat jelöl, addig egy qubit lehet a két állapot szuperpozíciójában is, ekkor az állapotát a következőképp adjuk meg: legyenek  és ${\displaystyle \beta }$ komlex számok, melyekre ${\displaystyle |\alpha {|}^2+|\beta {|}^2=1}$. A feltétel* következménye, hogy az eredmény ${\displaystyle |\alpha {|}^2}$ valószínűséggel ${\displaystyle 0}$, ${\displaystyle |\beta {|}^2}$ valószínűséggel pedig ${\displaystyle 1}$ lesz. Az ${\displaystyle \alpha =\beta =1/\sqrt{2}}$ érték pedig pl. azt az esetet írja le, amikor a qubit a két állapot egyenlő szuperpozíciójában van, és kiolvasásakor 50% eséllyel lesz ${\displaystyle 0}$, és 50% eséllyel lesz ${\displaystyle 1}$ az eredmény. Általában  és ${\displaystyle \beta }$  négyzetösszege a [0,1] zárt intervallumba eshet. A kvantumbit nullát, egyet vagy ezek kvantum-szuperpozícióját tartalmazhatja, ami végtelen számú állapotot tesz lehetővé. A kvantumszámítógépekben a kvantumbitek egy lehetséges megvalósítása két féle spinállapotú részecskékkel történik, valójában azonban bármely  megfigyelhető mennyiség megfelelő jelölt lehet kvantumbitek megvalósítására, amelyik az idő múlásával megmarad, és amelynek van legalább két, diszkrét és jól megkülönböztethető sajátértéke. A kvantumszámítógép a számításokat egymással párhuzamosan hajtja végre, ezért programozásához sajátos programozási módszer, átlagolás szükséges.

Egy kvantumszámítógépben a kvantumbiteket a klasszikusan megengedett állapotok szuperpozíciójával adhatjuk meg., a regisztert egy Q-hullámfüggvény írja le. (A kvantumállapotokat hullámfüggvények, állapotvektorok írják le, amelyek valószínűségi amplitúdókat kódolnak.) Az algoritmus futása után után a regiszterben tárolt sok didites komplex vektort méréssel olvassuk ki a kvantumbit regiszterből. A kvantummechanika törvényei szerint a mérésnek az eredménye sok digites véletlen sorozat lesz, és a tárolt állapot megsemmisül. Mérnöki szemmel nézve egy olyan rendszert kell létrehozni, amelyik el van szigetelve mindentől, kivéve a kimenetet mérő és a vezérlő mechanizmusokat. Továbbá ki kell kapcsolnunk a kvantumbitek és a mérés közötti csatolást, hogy ne oltsuk ki a kvantumbiteket, miközben műveleteket végzünk velük. A kiolvasott véletlen bit sorozatokat használjuk a függvényérték kiszámítására, mivel (az alapelvből következően) a mért kimenő bit sorozat  valószínűségi eloszlásának értékei a függvény helyes értéke körül sűrűsödnek. Az algoritmus ismételt futtatásával és a kimenet ismételt mérésével meghatározhatjuk a nagy valószínűséggel helyes eredményt.  Tehát a kvantumszámítások valószínűségi jellegűek, átlagolással kapjuk a végeredményt. Adott problémáknál sok számítás ellenére a szükséges megoldási idő n négyzetgyökével arányos, míg a klasszikus számítógépnek (n + 1)/2 próbálkozás szükséges a válasz megtalálásához, ami nagyságrendi gyorsulás, és az egyes problémák megoldásának idejét évekről másodpercekre csökkentheti.