本论文旨在研究光学晶格中超冷原子间的自旋量子纠缠行为。多粒子量子纠缠是进行量子计算的关键资源,近年来发展起来的光学晶格技术为操控大量超冷原子量子比特进行信息处理带来了机遇,处在Mott绝缘态的超冷原子为可扩展的多体纠缠态的制备和量子计算提供了研究平台。在实验中通过把玻色爱因斯坦凝聚态的铷87原子装载到二维的光学超晶格中,我们原位观测了 Mott绝缘态的特征,调控了自旋交换过程并制备了两原子的自旋纠缠态。玻色爱因斯坦凝聚态相变的实现使得我们进入了量子气体的研究范畴,铷87原子首先被磁光阱制冷和收集,经过强磁场的束缚传输到超高真空的腔体内,随后进行了磁阱中的射频蒸发冷却和光偶极阱中的蒸发冷却,最终我们实现了原子数为2 × 105的几乎纯净的玻色爱因斯坦凝聚态。Bose-Hubbard模型中的超流和Mott绝缘相,能够通过光晶格中的超冷原子实现。我们首先将玻色爱因斯坦凝聚态的原子装载到单层的光晶格阱中,在此二维体系进入了 BKT相变。缓慢的升高另外两个维度上的光晶格,二维量子气体发生了从超流态到Mott绝缘态的量子相变,通过时间飞行测量我们评估了两个相的相干性差异,结合原位成像的方法和原子两体碰撞技术,我们原位观测并计算了原子的占据数分布,得到Mott绝缘态的温度为0.2U/kB左右。在此基础上,我们用超晶格将原子隔离成一系列的双阱系统,此系统是Bose-Hubbard模型的最小单元。实验上我们实现了格点区分的量子自旋态的制备,通过调控超晶格的相位与阱深,观测了单原子量子隧穿和双原子自旋交换过程。在自旋交换的四分之一个周期处是一个两体的最大纠缠态,通过控制这个纠缠态的相位,我们制备出了两原子的Bell态。此工作为光晶格中超冷原子间的多体量子纠缠和基于测量的量子计算奠定了实验基础。