Drugim zjawiskiem, które jest wykorzystywane w obliczeniach kwantowych, jest splątanie. Oznacza to, że stany kwantowe dwóch cząstek są powiązane ze sobą i zależne od siebie, a odczyt wyniku jednej natychmiast powoduje zmianę stanu drugiej. Ta właściwość cząstek pozwala tworzyć stany kwantowe składające się z większej liczby cząstek, dzięki czemu liczba jednocześnie obliczanych rozwiązań przyrasta w sposób wykładniczy.
Splątanie wiąże ze sobą 2 lub więcej kubity, przez dowolną bramkę wielokubitową. Najprostszym przykładem takiej bramki może być kontrolowana bramka X (zapisywana często jako CNOT), w której jeden kubit kontroluje czy do drugiego zostaje wykonana operacja negacji.
W prostym obwodzie zaprezentowanym poniżej bramka CNOT splątuje ze sobą 2 kubity. Na wyjściu mogą się pojawić tylko 2 możliwe stany: |00〉 lub |11〉, ponieważ mimo probabilistycznego charakteru pomiaru stan pierwszego kubitu determinuje stan drugiego.
