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。

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。