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量子计算是一种基于量子力学原理的全新计算模式。传统计算机使用经典比特，每个比特只能表示0或1中的一个状态。而量子计算机使用量子比特，它可以同时处于0和1的叠加态，这是量子计算强大能力的基础。
量子叠加是量子力学的核心原理之一。在布洛赫球面上，量子比特的状态可以用球面上的任意一点表示。北极代表状态0，南极代表状态1，而球面上的其他点都代表0和1的叠加态。这种叠加特性使得一个量子比特可以同时携带比经典比特更多的信息。
量子纠缠是量子力学中最神奇的现象之一。当两个量子比特处于纠缠态时，它们的状态会相互关联，无论相距多远。当我们测量其中一个量子比特时，另一个量子比特的状态会瞬间确定，这种现象被爱因斯坦称为"幽灵般的超距作用"。量子纠缠为量子计算提供了强大的并行处理能力。
量子计算的优势在于其指数级的计算能力提升。经典计算机的n个比特只能同时表示一种状态，而量子计算机的n个量子比特可以同时处于所有2的n次方种状态的叠加。随着量子比特数量的增加，这种优势变得极其显著。例如，300个量子比特就能同时处理比宇宙中原子数量还多的状态。
量子计算具有广阔的应用前景。在密码学领域，量子计算机能够破解现有的加密算法，同时也能创造更安全的量子加密。在药物发现中，量子计算可以精确模拟分子相互作用。在金融领域，它能够进行复杂的风险分析和投资组合优化。此外，量子计算还将推动人工智能、材料科学等领域的重大突破，开启计算科学的新时代。