诞生于20世纪70年代的量子信息科学,将量子力学基本原理应用于信息科学,开拓了量子力学应用的新篇章。量子信息包括量子计算、量子通讯、量子密码术等。现今,可以在不同的物理体系中操控量子信息,如离子阱、腔QED、量子点、核磁共振、线性光学系统等。量子信息的载体是量子态。量子态的制备、加工、传输以及存储的过程叫做量子信息处理过程。量子纠缠是实现量子信息过程最基本的资源,特别是多比特纠缠态,在量子信息科学中起着很重要的作用。而相位门是实现量子计算所需要的基本逻辑门之一。因此,研究量子纠缠态和相位门的物理实现具有重要的意义。离子阱和腔QED作为实现量子信息过程的两种重要物理实现系统,在量子信息科学中起着十分重要的作用。因此,本人把基于离子阱和腔QED系统的量子信息过程作为硕士学位论文研究课题。主要包括以下三方面工作:1、基于用一系列激光驱动离子,提出了一个利用囚禁离子系统的绝热演化制备singlet态方案。该方案的优点就是当Lamb-Dicke极限满足时,离子运动模不需要冷却到基态;利用绝热方法和选择合适的附加失谐量使得由原子的自发辐射和声子激发所导致的耗散得到了有效的抑制;并且不需要精确调节相互作用时间。2、利用腔辅助作用提出了制备GHZ态和cluster态方案。首先,利用弱相干光被单原子腔反射这个基本模型,提出了制备N原子GHZ态方案。然后对该方案做点修改,可用来制备N原子cluster态。在理想的情况下,本方案的成功概率接近1。在整个制备过程中,由于原子激发态没有布居,也没有涉及原子态之间的跃迁,因此原子的自发辐射可以得到抑制。此外,零拍探测比单光子检测更加有效,也不需要单光子源和独立寻址。从实验的角度来说,所有这些因素都使得本方案更容易实现。3、以腔QED系统为媒介,利用弱相干光提出了一个制备多量子比特相位门的可扩展方案。该方案比单光子检测方案更有效,同时依据测量结果要么实现相位门,要么使得系统又回到初态,只要重复整个操作直至最终实现相位门。