量子门和经典逻辑门在处理信息的方式和执行的操作类型上存在根本差异。 经典逻辑门（如 AND、OR 和 NOT）使用确定性规则来操作二进制位（0 或 1）。 例如，NOT 门将 0 翻转为 1，或将 1 翻转为 0。 这些门使用晶体管构建，并遵循布尔逻辑，为给定的输入产生可预测的输出。 相比之下，量子门对量子位进行操作，量子位可以同时存在于 0 和 1 的叠加态中。 这使得量子门能够执行利用量子现象（如叠加和纠缠）的操作。 一个简单的例子是 Hadamard 门，它可以将量子位置于叠加态中，从而实现经典门无法复制的并行计算。
另一个关键区别是可逆性。 大多数经典门是不可逆的，这意味着您无法从输出重建输入。 例如，AND 门仅当两个输入都为 1 时才返回 1，但如果输出为 0，则您无法确定原始输入。 这种不可逆性导致信息丢失和能量耗散。 然而，量子门本质上是可逆的，因为它们由保持信息的酉矩阵表示。 例如，CNOT（受控非门）仅当控制量子位为 1 时才翻转目标量子位，并且可以通过再次应用同一门来撤消此操作。 这种可逆性对于量子算法至关重要，因为它避免了信息丢失，并符合控制量子系统的物理定律。
最后，这些门的物理实现和可扩展性存在显着差异。 经典门是使用成熟的半导体技术实现的，数十亿个晶体管集成到现代 CPU 中。 它们非常可靠，对于大多数应用而言，错误率可以忽略不计。 然而，量子门依赖于超导电路或囚禁离子等系统中的脆弱量子态。 这些状态很容易受到环境噪声（退相干）的干扰，从而导致更高的错误率。 虽然经典电路通过添加更多门来扩展，但量子系统需要纠错和精确控制来维持量子位的相干性。 例如，可以在量子系统中实现 Toffoli 门（一种可逆的经典门），但由于退相干和门保真度问题，扩展到数百个量子位仍然是一个挑战。 这使得量子计算目前处于实验阶段，而经典门是所有现代计算的基础。