Основными элементами квантового компьютера являются квантовые биты и квантовые вентили. Квантовые вентили, в свою очередь, аналогичны обычным логическим вентилям, которые используются для обработки информации на обычных компьютерах. Квантовые вентили выполняют операции с квантовыми битами, изменяя их состояние в соответствии с логической функцией. Квантовые вентили могут быть реализованы на основе различных физических систем, например, на основе квантовых точек или сверхпроводников.

Квантовые биты и квантовые вентили работают вместе, чтобы выполнить сложные квантовые вычисления. Например, с помощью квантовых вентилей можно создавать квантовые схемы, которые могут выполнять алгоритмы факторизации больших чисел или решения задач оптимизации. Кроме того, квантовые вентили также могут использоваться для создания квантовых версий классических алгоритмов, таких как алгоритм Шора для факторизации больших чисел.

Так как кубит можно представить вектором в двумерном пространстве, то действие вентиля можно описать унитарной матрицей, на которую умножается соответствующий вектор состояния входного кубита. Однокубитные вентили описываются матрицами размера 2 × 2.

Вот, например, схема с одним кубитом, инициализированным состоянием |0〉, которая выполняет одну операцию, X, а затем измеряет кубит.

10 наиболее часто используемых 1-кубитных квантовых вентилей