量子信息学是利用量子系统的纠缠和相干特性对信息进行计算、编码和传输的一门新兴的前沿交叉学科,由量子力学、信息科学和计算科学结合而成。量子信息的理论和实验研究近年来获得飞速发展,取得了不少优秀的研究成果。目前,可能实现量子信息处理的物理系统包括,腔量子电动力学、离子阱、核磁共振、超导约瑟夫森结、量子点和金刚石氮-空位中心（nitrogen-vacancy center,简称NVC）等。其中,腔量子电动力学,离子阱和核磁共振体系实验条件趋于成熟,但是在规模化量子信息处理方面处于劣势。而超导约瑟夫森结,量子点和NVC等固态体系渐渐成为规模化量子信息处理的最佳候选体系,但是因为这些单个的体系很容易受到退相干的影响而制约了发展速度。目前,更加实用的量子信息处理装置是由多个量子系统组成的杂化系统,该杂化量子系统兼具不同子系统的优点的同时还能避免各自的物理极限。此外,NVC体系有许多独特的优势,室温下其电子自旋具有很长的相干时间,能够同时与各种外场包括磁场,微波场和光场耦合并且进行精确操控。因此,NVC能够与众多类型的量子体系（如机械振子和超导微波腔等）发生相互作用组成杂化体系。随着纳米加工技术的发展及实验条件的改善,NVC杂化体系已被视为目前最有效的实现规模化量子信息处理的系统之一。在本文中,我们主要研究基于NVC杂化体系的宏观非经典态的制备,纠缠动力学及电磁诱导声学波透明现象等量子信息处理和非线性声学领域的基本问题。第一章简要介绍量子信息学的研究背景,包括量子计算,量子通讯和量子模拟的相关理论和实验研究。第二章简要介绍金刚石氮空位中心和电磁诱导透明现象的相关理论和实验背景。第三章至第五章主要介绍我们的研究工作,主要内容包括以下三个部分:1.基于动力学应力耦合机制,我们提出了实现基于金刚石机械谐振器系统的电磁诱导声学波透明的理论方案。电磁诱导声学波透明指的是系统在某些特定参数下对声学场是透明的。研究发现,由微波场和应力场的联合作用形成的Lambda型和delta型的金刚石NVC基态能级中,会分别出现单个和三个电磁诱导声学波透明窗口。此外,通过适当地调节系统参数,单个和三个电磁诱导声学波透明窗口能够相互转化。基于我们的新思想,该杂化系统可以用作建造关于慢声学的固态物理材料,并且能够促进基于声学的量子信息处理在NVC杂化体系里的具体应用。2.基于金刚石机械谐振器系统,借助于动力学应力耦合机制,我们提出了实现宏观薛定谔猫态的具体方案。在该模型中,金刚石NVC与晶格应力场的直接耦合能够实现量子范围内的自旋和声子的相互作用。利用应力场和一对外微波场的联合驱动,我们可以建立NVC封闭delta型基态能级结构。通过精细调节系统参数,我们实现了 NVC体系不同能级的粒子数转移,并基于这个物理过程可以实现振子宏观薛定谔猫态。此外,我们验证了耗散情形和无耗散情形下的薛定谔猫态的非经典性的不同特征。我们的工作为在该系统下实现大规模量子计算与量子信息处理提供了新的思路。3.基于金刚石NVC系综和超导共面波导谐振器形成的杂化系统,我们提出了实现两个空间分离的系综的宏观纠缠的理论方案。研究发现,初始时制备在谐振器的激发子能够在系综与谐振器间来回传递,最后分布到两个系综中,最终实现两个系综的纠缠。即使考虑系综和谐振器的耗散,该体系下系综之间依然可实现较强的纠缠。我们的方法具有扩展性,可实现多个系综之间的量子纠缠。这对实现固态体系量子网络有一定的借鉴意义。在本文的最后一章,我们做了一个简单的总结和展望。