本论文完整地描述了搭建一套超冷原子光晶格实验系统的过程,这一实验系统可以用来对其他的量子体系进行量子模拟,以及制备用于普适量子计算的核心资源——大规模量子纠缠态。具体来说,我们选择了当前调控技术较为成熟的87Rb原子作为实验的载体。首先使用磁光阱（MOT）从热的铷源中将原子收集到一起,随后在梯度磁场的帮助下将这些原子装入到偶极光阱之中,并在偶极光阱中进行蒸发冷却。完成蒸发冷却后的原子团将进入玻色爱因斯坦凝聚（BEC）的状态,已经凝聚的原子团温度处于绝对零度,这是我们对原子进行精密调控的基础。随后我们利用磁场和微波的协同作用将处于BEC状态的原子团切片,形成仅有一层原子的二维体系。在这样一个二维体系中缓慢地升起二维光晶格,可以观察到超冷原子的量子相变过程,并最终在单层二维光晶格中形成每个格点中有且仅有一个原子的结构。这个状态称为二维的莫特绝缘态（Mott insulator）,是我们接下来制备大规模量子纠缠态（quantum entanglement）以及进行普适量子计算（universal quantum computation）研究的基础。用来对原子进行成像观察以及独立操控的是一套被称为高分辨成像系统的透镜组。我们与德国徕卡共同研发的这套透镜系统可以做到对单层二维光晶格中的铷原子进行单格点精度的分辨与操作。另一方面,凭借这套透镜系统,我们可以将经过相位调制的532 nm或671 nm激光反向打入原子团所在的位置,利用光的干涉效应形成任意形状的势阱结构。这大大地拓展了我们对原子的操控能力。在本论文中,我们实现了同类系统中国际领先的高分辨成像分辨率,并完成了空间光调制器（spatial light modulator）反向投射晶格的线下调试和自旋依赖的超晶格体系（spin-dependent superlattice）的方案设计。我们利用这套系统观察了光晶格体系中的超冷原子从超流态（superfluid）到Mott绝缘态的量子相变（quantum phase transition）,为接下来的实验工作打下了坚实的基础。我们相信,在不远的将来,这套实验平台将具有大规模纠缠态制备与单比特测量的能力,成为超冷原子用于量子模拟（quantum simulation）及普适量子计算领域的有力研究工具。