像 X、Y 和 Z 这样的量子门是用于在量子计算中操作量子比特的基本运算。它们类似于经典逻辑门，但作用于量子态，量子态可以存在于叠加态中。X、Y 和 Z 门是单量子比特泡利门，每个门对应于布洛赫球（量子比特状态的几何表示）上绕特定轴的旋转。例如，X 门执行绕 x 轴旋转 180 度，翻转量子比特的状态（类似于经典的非门）。Y 门和 Z 门类似地绕 y 轴和 z 轴旋转，但它们的影响包括翻转量子比特的状态和改变其相位。
每个门都有一个独特的矩阵表示，定义了它的作用。X 门由 [[0, 1], [1, 0]] 表示，它交换 |0⟩ 和 |1⟩ 状态。将 X 应用于 |0⟩ 产生 |1⟩，反之亦然。Z 门由 [[1, 0], [0, -1]] 表示，保持 |0⟩ 不变，但将 |1⟩ 乘以 -1，引入相位翻转。Y 门结合了比特翻转和相位翻转，由 [[0, -i], [i, 0]] 表示，并导致影响状态和相位的旋转。例如，将 Y 应用于 |0⟩ 给出 i|1⟩（其中i是虚数单位），这证明了其复杂的相位影响。这些操作是可逆和酉的，确保它们保留量子态的总概率。
这些门对于构建量子电路至关重要。例如，X 门通常用于初始化或反转量子比特状态，而 Z 门在诸如量子相位估计等相位相关的算法中起作用。Y 门单独使用的情况较少，但出现在复合运算中。一个实际的例子是 Hadamard 门 (H)，它通过组合 X 和 Z 旋转来创建叠加。在量子纠错中，Z 门检测相位翻转，X 门校正比特翻转。理解这些门的特性有助于开发人员设计算法，例如 Grover 的搜索或量子隐形传态，其中精确的状态操作至关重要。