量子閘（quantum gate）

量子閘是一種對一個或多個量子位元的狀態進行變換的操作。你可以把它看作經典邏輯閘（如 AND 或 NOT）的量子表親——但有兩點重要區別。第一，量子閘一定是可逆的：從輸出總能還原出輸入，因為這個閘是一個酉操作（它只旋轉量子位元的狀態，而從不抹去資訊）。第二，量子閘能做經典閘做不到的事，例如把一個量子位元置入 0 與 1 的疊加態，或者把兩個量子位元連成一個糾纏態，使它們的測量結果彼此相關。

閘都是一些小塊，你把它們串接起來搭成電路，就像把邏輯閘接線組合成一個更大的功能。單量子位元閘旋轉一個量子位元的狀態——例如，阿達馬閘（Hadamard 閘）把一個確定的 0 變成 0 與 1 的等量混合。雙量子位元閘，例如受控非閘（CNOT），讓一個量子位元去影響另一個，這正是製造糾纏的方式。像 {H, T, CNOT} 這樣一個很小的集合就是通用的，意思是只要把足夠多的這類閘組合起來，就能逼近任意量子計算。關鍵在於，閘只是重新塑造狀態內部的振幅；在你測量之前，你仍然什麼都讀不出來，而測量只會給出單一的 0 或 1，其機率由玻恩規則決定。

量子演算法的威力，並不來自某個閘神奇地一次性試遍所有可能。它來自精心挑選的閘序列，這些閘在最終測量之前操縱振幅，讓錯誤答案相互抵消、正確答案相互加強——這就是干涉。設計有用的閘序列很困難，而在今天的 NISQ 硬體上，閘是有雜訊且不完美的，這正是為什麼可靠地運行深電路仍是一大難題。