单原子以及单原子阵列的制备和操控是基于中性原子体系的量子信息处理研究的重要途径。单原子阵列的实验研究具有重要意义，是国际上的研究热点之一。本工作以单原子阵列的实现和操控为目标，开展了单个87Rb原子囚禁，接着扩展成量子信息处理所需要的单原子阵列并对阵列中的原子进行操控的一系列实验工作。本文的核心内容包括：　　 一、实现多种操控单个原子外部自由度的方式　　 我们首先在远失谐微观光偶极阱中装载并囚禁单个冷中性铷原子，接着使用空间光调制器形成环形晶格单原子阵列。为了实现单个原子的空间二维输运，在环形晶格阵列的对称性上，我们通过实时地改变空间光调制器上的全息图片，实现了对环形晶格阵列的低速的空间旋转(15Hz)，通过荧光信号直接获得了单个原子和双原子的二维圆周运动。为了克服由于空间光调制器本身较低的刷新率(60Hz)对于单原子旋转速度和控制自由度的限制，我们用电光调制器实现了单原子的高速旋转和完全可控的二维运动模式，并研究了单原子在高速旋转的环形晶格中的热力学效应。　　 二、实现在单个偶极阱中受控的、高效率的装载两个原子　　 为了实现在单个光偶极阱中制备双中性原子，进一步的操控原子之间的相互作用而最后实现受控碰撞量子逻辑门，我们通过切换空间光调制器上的位相图，在单光束上实现了双偶极阱向单偶极阱的光滑连续演化，从而最后实现了在单阱中以大于90％的效率制备双原子和受控光致非弹性碰撞。该种方法也能拓展到在单阱中制备3个或以上的量子少体体系。　　 三、提出并且实现了用双色阱对单原子实现强囚禁　　 为了进一步精确的操控单个原子的外部自由度，需要将光偶极阱中的单个原子冷却到运动基态。这就要求对单个中性原子实现Lamb-Dicke囚禁。我们接着提出使用一束蓝失谐的Laguerre-Gaussian光形成一定深度的势垒与红失谐势阱一起形成双色偶极阱。我们通过共振加热和参量加热测量获得了单原子在双色阱中与理论模型一致谐振频率，即将囚禁在红失谐高斯阱中原子的谐振频率从50kHz提高到150kHz。在我们NA=0.3的聚焦物镜上该阱的有效囚禁束腰从2.0μm被压缩到0.7μm，这小于NA=0.7聚焦透镜的衍射极限，最终实现了对单个原子的强囚禁。我们接着并通过分析表明，这个强囚禁方案完全是自洽的，即双色阱在原子的温度接近运动基态温度下几乎没有引入比原来红失谐阱多的散射率而降低原子的自旋弛豫时间。这使得双色阱的强囚禁方案有望在量子信息处理中和原子的运动态工程学上找到广阔的应用空间。