量子闸

量子闸，即量子门，在量子计算和特别是量子线路的计算模型里面，一个量子门 (或量子逻辑门)是一个基本的，操作一个小数量量子比特的量子线路 。它是量子线路的基础，就像传统逻辑门跟一般数字线路之间的关系。

与多数传统逻辑门不同，量子逻辑门是可逆的。然而，传统的计算可以只使用可逆的门表示.举例来说，可逆的Toffoli门可以实做所有的布尔函数。这个门有一个直接等同的量子门，也因此代表量子线路可以模拟所有传统线路的操作。

量子逻辑门使用酉矩阵表示。就像常见的逻辑门一般是针对一个或两个比特进行操作，常见的量子门也是针对一个或两个量子比特进行操作。这也代表这一些量子门可以以2×2或者4×4的酉矩阵表示。

简介量子闸，即量子门，在量子计算和特别是量子线路的计算模型里面，一个量子门(或量子逻辑门)是一个基本的，操作一个小数量量子比特的量子线路。它是量子线路的基础，就像传统逻辑门跟一般数字线路之间的关系。

与多数传统逻辑门不同，量子逻辑门是可逆的。然而，传统的计算可以只使用可逆的门表示.举例来说，可逆的Toffoli门可以实做所有的布尔函数。这个门有一个直接等同的量子门，也因此代表量子线路可以模拟所有传统线路的操作。

量子逻辑门使用酉矩阵表示。就像常见的逻辑门一般是针对一个或两个比特进行操作，常见的量子门也是针对一个或两个量子比特进行操作。这也代表这一些量子门可以以2×2或者4×4的酉矩阵表示。1

量子线路量子线路或沿用古典称呼而称作量子电路，是在抽象概念下，对于量子资讯储存单元（例如量子比特）进行操作的线路。组成包括了于量子资讯储存单元、线路（时间线），以及各种逻辑门；最后常需要量子测量将结果读取出来。

实际上在以物理系统实践量子计算机时，需要透过转换，成为实际上的操作方式。例如在核磁共振量子电脑，就需要转换成射频，或者射频搭配梯度磁场的磁振脉冲序列。1

万能量子门较不正式地说，一个万能量子门的集合，是一个任何量子线路均可以用这一些门实做出来的集合。也就是说，任何其他的单位操作均可以从这个集合组合出一个有限长度的序列来表示。 技术上来说，因为可能的量子门数目是不可数的，而从有限大的集合取出的有限长度的序列则是可数的，所以不可能达成。为了解决这个问题，我们只要求这一个有限大小的集合可以组合出近似任何量子运算的序列。Solovay–Kitaev theorem保证这一件事情可以有效达成。

一个简单的，操作两个量子比特的门，的万能量子门集合是一个阿达马门，一个相位偏移门 ，和一个受控非门.

只有单一个量子门的万能量子门集合可以用一个操作三个量子比特的Deutsch门建构出来，Deutsch门它的操作如下：

在传统逻辑线路里面的万用算子Toffoli门可以被简化成一个Deutsch门， ，因此代表着所有传统逻辑线路的操作均可以由量子电脑模拟。2

参见泡利矩阵

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所