レッスン4：量子ゲート入門

H・X・Z・CNOT の働きを、自由に組み合わせて実験できるゲーム感覚のレッスン

量子ゲート入門

量子計算は、Qubit に ゲート（状態を変える操作） をかけていくことで進みます。 代表的なゲートは次の 4 つ。まずは一覧で整理しましょう。

ゲート 記号 働き（直感的な意味）
アダマール H コインを「回す」。重ね合わせを作る
NOT X 表↔︎裏を反転させる（0↔︎1）
Z Z 位相を反転（1 の符号を変える）
CNOT CNOT 「もし相手が 1 なら反転」。もつれを作る

ゲーム感覚でゲートを実験

ゲートを自由に選んで順番に適用し、状態がどう変わるか見てみましょう。
Tip

試してみよう - X を 2 回 かけると元に戻る（|0⟩ → |1⟩ → |0⟩）。 - H → H でも元に戻る（重ね合わせの干渉）。 - H → X → H はどうなる？ 不思議な結果が待っています。 - H → Z → H も比べてみましょう。

回路図での表現

量子コンピュータの回路は、上から qubit0, qubit1… の順に横線を引き、ゲートを四角で置いて書きます。 H や X はその qubit の線に置き、CNOT は制御（黒丸）と標的（＋印）を縦線で結びます。

CNOT の復習：もう一方を「コピー」

CNOT は「制御 qubit が 1 のときだけ、標的 qubit を反転」します。 これを使うと、もつれ（レッスン3）や、計算の中核となる操作が作れます。

まとめ

  • X は反転、H は重ね合わせ、Z は位相、CNOT は「条件付き反転」。
  • ゲートはユニタリ変換＝すべて元に戻せる操作（不可逆な計算がない）。
  • 回路図は「上から qubit、線の上にゲート」で表す。

次は、確率をデータとして読む「測定と確率」を詳しく見ます。