量子态初始化是指在执行量子算法之前，将量子比特准备到特定的、已知的状态的过程。最常见的起始状态是计算基态 |0⟩，因为许多量子运算都假定量子比特从此状态开始。初始化至关重要，因为初始状态的任何不确定性都会通过后续操作传播，从而导致错误。对于对环境噪声敏感的物理量子比特，此过程通常涉及将系统冷却到接近绝对零度（对于超导量子比特）或使用激光冷却（对于俘获离子）以最大限度地减少热振动并强制量子比特进入其最低能量状态，|0⟩。诸如冷却之类的被动方法是基础，但像测量和反馈这样的主动技术也被用来纠正偏差。
初始化量子比特的步骤取决于硬件平台。例如，在超导电路中，在冷却芯片后，可以应用微波脉冲或磁通量将量子比特推到 |0⟩ 状态（如果它尚未处于该状态）。如果在测量期间发现量子比特处于 |1⟩ 状态，则主动重置协议会触发一个脉冲将其翻转回 |0⟩。对于创建像 (|0⟩ + |1⟩)/√2 这样的叠加态，初始化到 |0⟩ 之后再应用 Hadamard 门。俘获离子系统使用激光脉冲来操纵电子态：首先，多普勒冷却减少热运动，然后光学泵浦将离子初始化到特定的能级。使用诸如 IBM Quantum 或 Rigetti 等平台的开发人员通常使用内置的初始化函数（例如，Qiskit 中的 qc.initialize()），这些函数抽象了这些特定于硬件的步骤，但仍然依赖于底层物理过程。
量子态初始化面临的挑战包括最大限度地减少来自环境噪声和硬件缺陷的误差。例如，由于退相干，量子比特可能在初始化期间从 |0⟩ 衰减到 |1⟩，尤其是在相干时间短的系统中。校准至关重要：微波脉冲必须精确计时和调整，以避免过度或不足旋转量子比特。开发人员可能会运行诸如 Rabi 振荡之类的表征实验来测量脉冲精度。误差缓解技术，例如重复初始化和平均，通常在实践中应用。此外，某些算法需要跨多个量子比特初始化纠缠态，这涉及单独初始化每个量子比特，然后应用像 CNOT 这样的纠缠门。虽然初始化在概念上很简单，但其实际实现需要仔细处理特定于硬件的特性，以确保可靠的结果。