作为量子计算的一种物理实现方案，固态器件的应用有着优良的数目可扩展性及与现有技术相容的优势。量子计算固态实现方案面临的主要问题是系统的相干保持时间是否足以满足量子计算操作的完成。超导器件有着相对较长的相干时间，是一个受到关注的研宄方向。现在人们已经认识到超导系统中的量子操控方法同样适用于一些量子光学系统，可以在超导系统中演不量子光学现象。本论文围绕超导量子比特体系的量子效应和量子信息处理开展研宄，主要结果如下：第一，我们提出了一个由多电荷量子比特和两根超导传输线相互耦合的量子信息处理模型，并研宄了该模型中的三波混频过程。在我们提出的方案中，处在基态的多个电荷量子比特起着增强非线性介质的作用，由于其处在基态，电荷比特的消相干效应不影响压缩效率。我们系统深入地研宄了噪声对压缩效率的影响，根据目前的实验条件我们对哈密顿量做适当的简化和变换，得到三波混频形式的哈密顿量，我们使用主方程方法和量子蒙特卡罗方法分别讨论了四种不同的噪音对于传输线动力学演化的影响，得到了破坏压缩的主要原因及其影响方式。我们的研宄表明，超导传输线的衰减因子是降低压缩效率的主要原因。基于目前的微波探测技术，我们提出了一个实验方案用于探测电压的压缩过程。第二，我们研宄并给出了量子傅立叶变换和相位估计在高维量子体系中的推广形式。近年来多能级量子计算的理论和实验均有很大的进展，5维超导量子相位qudit已经被实现，高维量子信息处理得到重视。量子傅立叶变换和相位估计算法是量子计算中广泛应用的重要量子算法，我们给出了高维量子信息处理体系中的量子傅里叶变换和相位估计算法的推广形式，分析了算法的精度和成功率。与qubit情况进行对比，高维系统具有使用的qudit数目少的优势。第三，我们计算了线性团簇态的多体平均熵，研宄了其纠缠性质。纠缠是量子体系的重要性质，是量子信息处理的重要资源。团簇态是单向量子计算的关键。在本文中我们使用了一个近期提出的利用多体平均熵对量子纠缠进行刻画的方法（MEMS），对团簇态进行了研宄。我们不但给出了给定具体粒子数的团簇态的结果，而且得到了一些态的纠缠度的解析表达式。