Информация в квантовом компьютере кодируется в квантовых битах или кубитах. Аналогично биту, кубит допускает два собственных состояния (условно |0> и |1>), но в отличие от первого, кубит допускает суперпозицию этих состояний (т.е. может находиться в состоянии A*|0>+B*|1>, где A и B – комплексные числа, удовлетворяющие нормировочному условию | A |² + | B |² =1), а значит, является более «информативным».

При любом измерении состояния кубита он случайно переходит в одно из своих собственных состояний. Кубиты могут быть запутаны друг с другом (т.е. иметь ненаблюдаемую связь друг с другом) и при любом действии над одним из нескольких кубитов, остальные меняются согласованно с ним. Совокупность запутанных таким образом между собой кубитов может быть интерпретирована как заполненный квантовый регистр.

Физической реализацией кубита может служить любая двухуровневая система (спин, фотон, атом, молекула, ион), волновая функция которой определяет все его значения. Сообщение представляет собой последовательность N кубитов, т.е. отвечает волновой функции N переменных [1].

При разработке квантового процессора необходимо, прежде всего, выбрать физическую систему (физическую основу такого процессора) – наиболее широко обсуждаемыми на сегодняшний день являются следующие:

• использование в качестве кубитов ядер отдельных атомов со спинами 1/2, связанных косвенными спин-спиновыми взаимодействиями (логические операции над кубитами (с помощью радиочастотных импульсов) и вывод результата осуществляется стандартными методами ядерно-магнитного резонанса);
• использование в качестве кубитов уровней энергии ионов, захваченных ионными ловушками, создаваемыми в вакууме определенной конфигурацией электрического поля в условиях лазерного охлаждения их до микрокельвиновых температур (индивидуальное управление ими осуществляется с помощью лазеров инфракрасного диапазона);
• использование в качестве кубитов зарядовых состояний сверхпроводящих квантовых точек, связанных переходами Джозефсона (зарядовый кубит);
• использование в качестве кубитов квантовых состояний сверхпроводящих квантовых интерферометров (сквидов) с переходами Джозефсона в сверхпроводящем кольце (фазовый кубит).