出典検証済みレベル 1
パウリXゲート
パウリXゲートは古典的NOTゲートの量子版で、|0⟩を|1⟩に、|1⟩を|0⟩に反転し、ブロッホ球のx軸周りの180度回転に対応します。
どういう意味か
ビットフリップゲートまたは量子NOTゲートとも呼ばれるパウリXゲートは、量子コンピューティングで広く使用される3つのパウリ行列の一つです。行列表現はσₓ = [[0,1],[1,0]]です。ブロッホ球ではx軸周りのπ回転に対応します。エルミートかつユニタリ（X = X† = X⁻¹）で自己逆元です。量子誤り訂正、量子テレポーテーション、より複雑なゲートの構成に基本的です。日常のたとえ
パウリXゲートは照明スイッチのようなものです — オフ（|0⟩）からオン（|1⟩）へ、またその逆に状態を反転させます。
コインを表から裏にひっくり返すと考えてください — 上にあった面が今は下になります。
よくある誤解
- パウリXゲートは単なる古典的NOTゲートではありません — 重ね合わせに適用すると、状態を崩壊させずに振幅を交換します。
- パウリXゲートは量子ビットを測定しません — 状態をコヒーレントに変換するユニタリ操作です。
要点
- パウリXゲートは|0⟩ ↔ |1⟩を反転し、量子NOTゲートとして機能します。
- ブロッホ球ではx軸周りの180度回転です。
- エルミート（X = X†）で自己逆元（X² = I）です。
理解度チェック
|+⟩ = (|0⟩+|1⟩)/√2のとき、X|+⟩は何ですか？
- A.|−⟩
- B.|+⟩
- C.|0⟩
- D.|1⟩
答えを見る
答え: B. |+⟩
理由: X|+⟩ = X(|0⟩+|1⟩)/√2 = (|1⟩+|0⟩)/√2 = |+⟩。|+⟩状態は固有値+1のXゲートの固有状態です。
前提となる概念
一次資料: Barenco et al., Elementary gates for quantum computation, Phys. Rev. A 52, 3457 (1995), doi:10.1103/PhysRevA.52.3457