布洛赫球（Bloch sphere）

把单个量子比特想象成一支箭，从地球仪的中心指向球面上的某一点——这幅图景就是布洛赫球。北极代表我们称为 |0> 的状态，南极代表 |1>，球面上其余的每一点都是这两者的某种叠加——一种带有特定相位的特定混合。要指明球面上的一点，你需要两个数，一个纬度和一个经度，而这恰好就是描述一个量子比特状态所需的两个实数。所以这个球面并不是一个松散的比喻：它是单个量子比特每一种可能状态的忠实地图。

有了这张地图，单量子比特门就变得一目了然：每个门只不过是把箭旋转到指向新的方向。一个翻转 |0> 与 |1> 的门，把箭从一极转到另一极；一个相位门则让它绕竖直轴旋转。测量则不同——它不会旋转这支箭，而是强制沿着两极方向读出结果；箭越靠向某一极，你得到那一极结果的概率就越大。一旦测量，箭便会「啪」地跳到出现的那一极。

几条诚实的局限，能让这幅图景保持有用，而不致误导。布洛赫球是一个思维模型，而不是某个硬件——机器内部并没有什么东西在真的旋转。它每次只描述一个量子比特，因此画不出把两个或更多量子比特联系在一起的纠缠，而量子计算真正威力的大部分恰恰寓于此。再者，球面上的点是干净、理想化的状态；真实的量子比特会因噪声把它们模糊掉，而向球心方向漂移。