1.2 “量子”技术独有的特征
请读者注意，以下部分内容可能不易接受。最好暂且抛开怀疑，告诉自己此内容已广为接受且普遍认为其得到了实验证据的充分支持。以下便是量子力学的一些基本原理。
波粒二象性的概念，是指每个粒子或量子单元不仅可作为粒子来描述，还可作为波来描述。例如，光量子（光子）既有波动性又有粒子性。经典力学中“粒子”或“波”的概念无法充分描述量子级物体的行为。[5]
叠加是量子物理学的基石。粒子可以以不同的状态存在，但量子学并不认为粒子处于某一状态，或在各状态间变化，而是认为粒子同时以所有可能的状态存在，只能描述其处于某个位置的概率。这便是著名的海森堡“不确定性原理”，即无法用绝对精度测量粒子的位置（x）和动量（p）。对其中一个值知道得越准确，对另一个的了解就越不准确。[6]粒子确实没有确定的状态，而是处于所有可能状态的叠加态。然而，一旦对粒子进行测量，且已知其能量或位置，叠加态便会消失，粒子置于一个已知状态（见下文退相干部分）。[7]
不确定性/测不准性。粒子的某些物理属性对的精准测量存在基本限制。粒子的位置测得越准，其动量就越不准确，反之亦然。[8]
随机性。我们不知道粒子会出现在哪里。场（field）反映了粒子出现的概率，但其实际出现的位置无法事先确定且不可预测，导致粒子在量子水平上存在固有的随机性。[9]
退相干。“退相干”是指系统（或量子单元）从量子态变为经典态。量子力学假定，在测量粒子位置时，我们会在两个位置中的任意一处找到它，也就是说，我们将“令波函数坍塌”，这被称为“退相干”，函数变为两个状态中的一个。[10]
测量/观察。在量子水平上，现实只在测量或观察发生时才变得具体。量子物理学中的观测条件和结果是这样的，观察者和观察设备之间、物理学家的思想和物理实验的结果之间没有明确的区别。观察者和被观察者不是分开且不同的，而是在一个系统中相互连接。现实似乎是由观察创造的。此效应备受争议，可通过多种方式加以解释（或开脱）；但它与实验结果是一致的。[11]
纠缠。理解“纠缠”是理解量子计算、加密、通信和“隐形传态”的关键。遗憾的是，当前似乎没有任何单一理论能够说明量子纠缠中实际发生了什么。就本文的目的而言，以下内容似乎足矣。[12]
“量子纠缠是指多个粒子以某种方式连接在一起，对一个粒子的量子态的测量决定了其他粒子可能的量子态。此种关联与粒子在空间中的位置无关。即使令纠缠的粒子分隔数十亿英里，改变一个粒子也会引起另一个粒子的变化。尽管量子纠缠好似在瞬间传递了信息，实际却并未违反经典的光速理论，因为没有发生空间中的“运动”。[13]
多年来，“量子纠缠”已多次在实验中以多种方式证实其真实存在[14][15][16][17]。物理学中的任何理论，没有最好只有更好，但目前物理学家几乎已普遍接受纠缠现象。然而令人困惑的是，对纠缠的作用机制存在意见分歧。正如某文章所言：
加州大学圣地亚哥分校天体物理学家安德鲁·弗里德曼说：“纠缠本身已经过数十年的验证……真正的挑战是，尽管我们知道这是经实验证明的事实，我们却无法令人相信它是如何作用的。”[18]
致力发展量子技术的各国皆离不开此原则。
与数字技术的差异如下所述。
数字技术依赖二进制形式——通常为0和1——表达信息的存储和操控。这些二进制数称为“比特位”，是数字计算、存储和通信的核心。比特位多由线性指令集（算法）控制，可以并行实现。
传统数字计算机的核心是对存储器中储存的数字执行简单的算术运算。计算机将这些操作串在一起，执行更为复杂的任务，运算的速度是关键。但随着问题复杂度的增加，解决问题所需的操作数量也会增加；当今时代，我们想解决的某些具体问题远远超出了现代计算机的计算能力。
1和0由处于“接通”状态（1）或“关闭”状态（0）的晶体管表示。随着计算机的发展，晶体管越来越小。过去，一台有一百万个晶体管的计算机能够塞满整个仓库；如今，小小的口袋便能装下。但我们似乎正在逼近二进制计算的极限。如今的晶体管日益接近原子的大小，想取得更大进展可能需要实现计算能力的飞跃。[19]
量子计算机的原理则不同。量子计算机使用量子对象而非晶体管来跟踪二进制数据的数值。信息以物理状态表示，这些物理状态非常小，遵守的是量子力学的定律。这些信息存储在被称为“量子比特”的量子位中，而不是传统计算机历来使用的二进制位。量子力学允许量子比特存储值为0或1的概率，在测量前，量子比特的确切值是未知的。由于不必将数据缩减为0和1的字符串，给定的量子值的任意集合可表示的数据远多于传统的二进制数据。量子比特的这种叠加赋予量子计算机固有的并行性。物理学家David Deutsch[20]认为，并行性令量子计算机得以同时处理一百万次计算，而台式PC每次只能处理一次运算。[21]这使得量子计算机同时包含若干状态，有可能以比传统计算机快百万倍的速度解决某些问题。[22]例如，谷歌已分享了与NASA合作的量子计算项目的详细信息。目前，谷歌D-Wave 2X量子计算机的运行速度约比传统计算机芯片快1亿倍。[23]理论上而言，如此惊人的计算能力令现代密码学显得过时。然而，它尚未成为解决各类问题的通用应用，仅对某些特定问题最为有效。[24]