量子门（quantum gate）

量子门是一种对一个或多个量子比特的状态进行变换的操作。你可以把它看作经典逻辑门（如 AND 或 NOT）的量子表亲——但有两点重要区别。第一，量子门一定是可逆的：从输出总能还原出输入，因为这个门是一个酉操作（它只旋转量子比特的状态，而从不抹去信息）。第二，量子门能做经典门做不到的事，比如把一个量子比特置入 0 与 1 的叠加态，或者把两个量子比特连成一个纠缠态，使它们的测量结果彼此相关。

门都是一些小块，你把它们串接起来搭成电路，就像把逻辑门接线组合成一个更大的功能。单量子比特门旋转一个量子比特的状态——例如，阿达马门（Hadamard 门）把一个确定的 0 变成 0 与 1 的等量混合。双量子比特门，比如受控非门（CNOT），让一个量子比特去影响另一个，这正是制造纠缠的方式。像 {H, T, CNOT} 这样一个很小的集合就是通用的，意思是只要把足够多的这类门组合起来，就能逼近任意量子计算。关键在于，门只是重新塑造状态内部的振幅；在你测量之前，你仍然什么都读不出来，而测量只会给出单一的 0 或 1，其概率由玻恩规则决定。

量子算法的威力，并不来自某个门神奇地一次性试遍所有可能。它来自精心挑选的门序列，这些门在最终测量之前操纵振幅，让错误答案相互抵消、正确答案相互加强——这就是干涉。设计有用的门序列很困难，而在今天的 NISQ 硬件上，门是有噪声且不完美的，这正是为什么可靠地运行深电路仍是一大难题。