近年来,对于介观约瑟夫森结量子特性的研究引起了广泛关注,极小尺寸的约瑟夫森结有着明显的量子特性,如库珀对遂穿的库仑阻塞,宏观量子遂穿,布洛赫振荡,曾纳隧道效应,可以用来解释量子力学的一些基本原理.由约瑟夫森结组成的系统与原子一样具有分立的能级和量子态,它与电磁场相互作用时表现出与原子类似的性质.由于约瑟夫森的固态和可扩展性特点,促使它成为技术领域应用的焦点.现在量子计算和量子信息科学是量子力学在应用领域一个非常活跃的研究方向,人们一直试图寻找一些物理系统来实现量子计算和量子信息过程.介观约瑟夫森结因其独特的优越性在众多的系统中脱颖而出,成为实现大规模量子计算和量子信息处理的首选物理系统之一.该文研究约瑟夫森结和腔场相互作用的量子动力学行为,并研究利用此类相互作用系统实现量子计算和量子信息处理的方法.该文包括五个部分,第一章绪论简单介绍约瑟夫森结的构造、基本性质以及国内外对约瑟夫森器件的研究现状.第二章研究利用约瑟夫森结实现量子计算的新方案.利用微波与腔场控制两个超导量子干涉器制备了最大纠缠态,实现了受控非门和交换门操作,并研究了在此类系统中实现量子隐形传态的方法.第三章研究超导量子干涉器与腔场相互作用过程中的纠缠特性,特别研究了此类系统的热纠缠特性.首先我们讨论在对称情况下系统处于纯态的纠缠特性,其纠缠随时间作周期性振荡,然后分析了两体系统处于混合态的纠缠特性.发现通过改变温度和外场可实现量子纠缠操纵和控制.第四章研究连续变量情况下系统的量子动力学行为,将超导量子相干装置与电磁场都约化成线性谐振子.利用幺正变换方法求出了系统的解析解,并利用这类解析解计算了约瑟夫森结中的超电流,发现超流表现出周期振荡.第五章我们研究利用两个电感耦合的超导量子干涉器制备两粒子最大纠缠态的方法.利用外场控制,在特定条件下制备了四个最大纠缠态.该文创新工作包含在第三章、四和五章.