详细研究了用于中性原子量子计算的单量子比特操控.实现量子计算的基本要素包括:可扩展量子寄存器的制备和读取，单量子比特操作，多量子比特操作.基于“碰撞阻塞”效应，可以在微型光学偶极阱中囚禁单原子.为了实现量子寄存器的初始化，在环形光晶格中制备单原子阵列.对于碱金属原子，量子比特被编码在基态超精细结构能级上.采用双光子受激Raman跃迁，进行单原子内态的各种操控.　　本论文中，主要的创新点和结果展示如下:　　1、我们采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脉冲时序有效抑制单原子量子比特的退相干.CPMG时序被视为是多组spin echo脉冲的叠加，已经应用于多种体系，可以有效改善量子比特的相干性.我们将这种技术扩展到单原子体系中，通过采用π脉冲个数n=6的CPMG时序，均匀退相干时间比采用spin echo脉冲时延长了3倍.　　2、利用辅助的可移动的光阱，我们在光晶格中转移单原子量子比特，并详细研究了转移过程对量子比特保真度的影响.如果辅助光阱的势深较大，将其从静止阱上掠过时，囚禁的单原子会跟随着移动阱一起运动，实现转移.原子的转移效率可以达到95％.因为不会影响光品格中其他位置囚禁的原子，这种方案适用于可扩展的量子寄存器.在单原子转移过程中，本征态的保真度保持不变，为F=0.94.叠加态的保真度会受到影响，在T=20ms时测量，未进行转移时保真度为F=0.74，经过转移后减小到F=0.66.研究表明，单原子转移过程中叠加态保真度的损失，主要来自于该过程引起的加热效应和偶极阱激光的指向涨落.与单离子转移相比较，单原子转移的研究存在着很多共性的需求和挑战，进一步可以将我们的转移过程与其他手段相结合.　　3、我们研究了自由空间和偶极阱中单原子物质波干涉.采用一系列对射Raman光脉冲，可以实现冷原子干涉仪，在精密测量领域有着广泛的应用.我们实现了自由空间中的单原子Mach-Zehnder型干涉仪，并测量了单原子物质波相干长度.同时在偶极阱中，观察到干涉条纹对比度随着测量时间的延长而迅速衰减，这正是由于原子在阱中做简谐运动造成的.由此，我们提出了偶极阱中包含两脉冲的单原子干涉仪方案.　　4、我们优化激光冷却时序，将囚禁在双色阱中的单原子冷却到Lamb-Dicke区.为了在红失谐光学偶极阱中实现强囚禁，一束蓝失谐的中空光束与之叠加.优化偏振梯度冷却后，采用释放再抓捕的方法测量单原子温度.通过计算得到，阱中单原子满足Lamb-Dicke条件，有助于进一步采用Raman边带冷却制备单原子到简谐运动基态.　　5、我们采用压缩感知技术初步提高了单原子阵列荧光成像的分辨率.当信号满足特定的稀疏条件时，压缩感知提供了一种恢复重建信号的求解算法.实验中，我们收集单原子荧光，成像到电子倍增相机上，对整个单原子阵列进行实时监测和控制.应用压缩感知技术处理后，初步提高了两个单原子成像的分辨率.　　总之，我们在可扩展的量子寄存器中展示了单原子量子比特的各种操控.这些工作为采用中性原子进行量子计算提供了基础.