二十世纪以来,半导体集成电路技术的发展让人类进入了现代信息社会。但随着芯片工艺制程已经逐渐接近原子量级,量子力学效应将不可忽略,摩尔定律将逐渐失效。与此同时,量子计算近年来逐渐成为学术界和工业界的热点研究方向。量子计算运用量子力学的基本特性,比如量子叠加态和量子纠缠,来执行计算任务。在某些特定的计算问题上,量子计算将指数倍的快于经典计算。而在众多实现量子计算的物理体系中,超导量子电路体系因其在芯片制备上兼容当下的半导体工艺,且易于用成熟的微波电子学技术进行操控,近年来得到了迅速的发展。目前的超导量子处理器已经具备五六十个量子比特的规模,并且已经在特定问题上展示了量子优越性。为了进一步推动量子计算的发展和展示量子计算的潜在应用,超导量子计算目前有两个主要的发展方向。第一个方向是量子纠错路线。目前的一种主流量子纠错码方案是表面码纠错方案,即通过将一个逻辑比特编码在多个不同的物理比特上,来实现对逻辑态信息的保护。第二个方向是量子模拟路线。即将目前带噪声的物理量子比特系统当成一个人工可控的量子模拟器,通过构造特定的系统哈密顿量,来实现对一些物理现象的模拟,比如对量子多体现象的模拟等。无论是量子纠错路线还是量子模拟路线,都要求我们的实验平台具备三个必备要素:高性能的量子处理器,高精度易扩展且具备灵活控制流的软硬件测控系统以及一套高效成熟的量子比特标定优化流程。本文作者在博士学习阶段,与实验室组内成员合作研发了一套支持反馈控制的电子学硬件系统,并且开发了一套与该硬件系统对应的软件操控系统。通过这套完整的软硬件测控系统,我们可以支持运行多种复杂量子线路类型。其次我们总结了一套完整的量子比特标定流程,包括基本性能标定、量子门标定和读取标定。最终,利用这套完整的实验平台我们分别进行了量子反馈控制和量子热化现象的研究。在量子反馈控制实验中,我们进行了两个独立的反馈控制实验。第一个实验是利用基于测量的量子反馈,我们实现了对量子比特的主动初始化,通过多轮reset,初始化成功率可以大于99.9%。利用主动初始化,我们可以降低量子态制备误差,并且极大的提升量子线路运行效率。第二个实验是在一个三量子比特系统中,通过测量比特的读取结果,来对数据比特进行条件控制,从而实现纠缠态的稳定。这个实验属于演示型实验,它是后续开展表面码纠错实验的基础。在量子热化实验中,我们利用12个量子比特组成一个一维链量子系统,通过同时施加横场和纵场控制,构建了一个不可积系统。然后分别将量子比特制备在不同的初态上,经过非平衡动力学演化后,成功观测到了不同初态对应的强弱热化现象。该工作系首次在实验上直接观测到了强弱热化现象,为后续研究更多量子统计力学中的基本问题奠定了实验基础。这两个实验的成功运行,表明了我们搭建的实验平台具备高精度和可扩展性,它为实验室后续进一步开展量子纠错和量子模拟方向的研究奠定了基础。