Trong cơ học lượng tử, quả cầu Bloch là một biểu diễn hình học của các trạng thái lượng tử trong không gian Qubit.Cơ học lượng tử được công thức hóa bằng toán học trong không gian Hilbert. Không gian của các trạng thái lượng tử trong một hệ lượng tử được cho bởi các không gian con một chiều của không gian Hilbert. Với một không gian Hilbert hai chiều, không gian của các trạng thái lượng tử được biểu diễn qua quả cầu Bloch.Quả cầu Bloch là một quả cầu đơn vị, sao cho với mỗi cặp điểm đối cực tương ứng với cặp vector trực giao. Cực Bắc và cực Nam của quả cầu Bloch thường được chọn tương ứng với các vector cơ sở tiêu chuẩn. Các điểm trên bề mặt của quả cầu tương ứng với các trạng thái thuần, trong khi các điểm trong của quả cầu tương ứng với các trạng thái hỗn hợp.