量子计算通过精确控制量子比特（量子信息的基本单元）来处理量子态操纵。 量子比特存在于状态的叠加态（例如，|0⟩ 和 |1⟩）中，并且它们的行为受量子力学支配。 为了操纵这些状态，量子计算机应用称为量子门的运算，量子门类似于经典逻辑门，但对概率幅度进行运算。 例如，Hadamard 门将量子比特从基态（|0⟩ 或 |1⟩）转换为叠加态，从而实现并行计算。 这些运算在数学上表示为酉矩阵，并且在物理上使用电磁脉冲、微波或激光来实现，这取决于量子比特技术（例如，超导电路、捕获离子或光子量子比特）。 目标是在不坍缩量子比特状态的情况下改变量子比特状态的概率幅度，从而在测量之前保持量子相干性。
该过程需要仔细校准以最大限度地减少误差。 例如，在超导量子比特中，调谐到特定频率的微波脉冲与量子比特相互作用，以执行围绕布洛赫球（量子比特状态的可视化表示）的 X、Y 或 Z 轴的旋转。 这些旋转会改变量子比特的概率分布，从而实现诸如纠缠创建之类的操作。 一个常见的例子是 CNOT 门，它根据控制量子比特的状态翻转目标量子比特的状态。 这种门通常以称为量子电路的序列执行，量子电路定义了算法。 然而，操纵必须在量子比特的相干时间内发生——环境噪声破坏量子态之前的周期。 使用 IBM Quantum 或 Rigetti 等平台的开发人员在设计电路时必须考虑这些时间限制和特定于硬件的门集合。
量子态操纵中的挑战包括错误率、量子比特之间的串扰和退相干。 为了解决这些问题，使用了诸如错误缓解、动态解耦（应用脉冲来抵消噪声）和量子纠错码之类的技术。 例如，表面码将逻辑量子比特编码到物理量子比特阵列中以检测和纠正错误。 此外，Qiskit 或 Cirq 等软件框架抽象了低级控制，使开发人员可以专注于门级逻辑，而平台处理脉冲校准。 然而，高级用户可以访问脉冲级控制以进行微调，例如优化门持续时间以减少泄漏错误。 量子态操纵仍然是理论设计和实际硬件限制之间的平衡，需要开发人员根据特定的量子架构和噪声概况调整算法。