A differenza del gate X, il gate Z è un operatore di inversione di fase, senza gate classico corrispondente. È rappresentato in forma matriciale come:

Applicando la porta Z a | 0〉 e | 1〉, la porta non ha alcun effetto sullo stato | 0〉 e aggiunge semplicemente un segno negativo davanti allo stato | 1〉:

Gli effetti del gate Z possono essere visti quando applicati allo stato | +〉 nella gif animata in testata, dove si verifica una rotazione di π radianti attorno all'asse Z. Dopo la trasformazione, lo stato finale è | -〉 e, se misurato, ha ancora la stessa probabilità di essere 0 o 1.

Il primo circuito sotto riportato esegue la porta Z su uno stato | 0〉, mentre il secondo circuito sullo stato di sovrapposizione | +〉

È possibile disegnare i seguenti circuiti nell'IBM Q composer.