Las computadoras cuánticas se programan mediante (lenguajes de programación en evolución que representan) los llamados circuitos cuánticos. Estas son una secuencia de puertas cuánticas más la información sobre qué bits cuánticos (qubits) actúan.
Lo único que realmente necesita saber sobre las puertas cuánticas es que representan rotaciones (en un espacio dimensional superior, llamado espacio de Hilbert). Por lo tanto, son reversibles: las computadoras cuánticas están programadas con lógica reversible.
El | 00 ⟩El | 01 ⟩El | 10 ⟩El | 11 ⟩para un sistema de 2 qubits en la notación de Dirac habitual) obtiene un número complejo como coeficiente o como la llamada amplitud de probabilidad. Los vectores de base son ortogonales y abarcan el espacio de Hilbert del estado, las amplitudes de probabilidad pueden verse como coordenadas en él. Esta es la imagen en la que las puertas cuánticas efectúan rotaciones. Descubrirá que los físicos a menudo usan una imagen diferente, la esfera de Bloch, para sistemas de un solo qubit, en el que las puertas cuánticas también causan rotaciones (pero a veces por un ángulo más grande o por uno que se omite en esa imagen por completo).
Toda la lógica convencional puede implementarse mediante una computadora cuántica expresándola primero en lógica reversible (que puede requerir bits auxiliares). La puerta NOT clásica corresponde a la puerta cuántica X, pero a diferencia del caso clásico donde las puertas reversibles de 1 bit son la identidad y la puerta NOT, una computadora cuántica tiene cuatro puertas correspondientes (X, Y, Z según las rotaciones en el Esfera de Bloch, más la identidad). Además, puede tener rotaciones que giran solo por una fracción de la distancia a la que giran estas puertas; Algunos particularmente interesantes tienen nombres y abreviaturas especiales como la puerta Hadamard o la puerta H que crea la superposición igual de todos los estados.
Desafortunadamente, los primeros ingenieros de software cuántico probablemente tendrán que saber un poco sobre el hardware de la computadora cuántica que usarán: debido al ángulo arbitraria y continuamente seleccionable de la rotación efectiva de una puerta cuántica, hay una especie de elemento analógico para las computadoras cuánticas que necesariamente crea errores (y las computadoras cuánticas físicas tienen incluso más fuentes de error que solo eso). Hay una manera de lidiar con eso, la corrección de errores cuánticos que discretiza los errores y corrige las discretizaciones más probables de ellos para lograr (idealmente) cálculos arbitrariamente complejos con errores vinculados. Pero la optimización probablemente significará que una computadora cuántica con una opción de corrección de errores cuánticos será más apta para ciertas puertas cuánticas o incluso algoritmos que otras,