在人类基于冯诺曼模型提出的各种新型结构中，量子计算机体系脱颖而出，其原因可归纳为：一方面，传统的计算机体系因受到经典物理原理的限制已接近其处理能力的极限；另一方面，量子计算机因量子并行计算的优势使得其计算速度远远超越于现有的经典计算机。目前，研制量子计算机面临的主要困难是如何寻找能抑制退相干且易集成化的可控多位量子比特。可以预计，量子计算的长远发展最终将依赖于具有易于集成而实现规模化等优点的固态方案，而基于约瑟夫森结的超导器件又被认为是实现固态量子计算最有潜力的方案之一。本文主要针对基于约瑟夫森结的量子比特及其之间耦合方式的多样性，拟将约瑟夫森结与介观电路相结合，探索基于约瑟夫森结的量子比特之间及其与环境之间的相互作用规律，寻找引起量子比特退相干的噪声源的产生原因及其微观机制，并探索有效的方案来降低噪声、提高量子比特之间的相干性。主要内容包括如下：1.研究了与谐振子库耦合的超导电荷量子比特的短时退相干。推导了基于约瑟夫森结构成的介观电路系统的哈密顿算符，进而运用谱密度、响应函数和范数算子等方法，探索了该系统的退相干影响因素及其演化规律。2.研究了与玻色库和自旋库耦合的超导电荷量子比特的退相干。借助基于约瑟夫森结的自旋‐玻色模型，运用系统非对角矩阵元方法，考虑了玻色库和自旋库对谱密度的不同影响，研究了该系统在不同模式下的退相干演化规律。3.探讨了腔QED系统中超导电荷量子比特的退相干。给出了腔QED系统中量子比特的等效电路结构示意图，推导了系统的哈密顿算符，分别运用压缩效应、线性熵和布居差等多种方法研究了该系统新奇的非经典特性及其退相干。4.研究了基于玻色约瑟夫森结的自旋压缩的相干控制。简述了基于约瑟夫森结的超导电荷量子比特产生自旋压缩的介观电路模型，给出了系统的有效哈密顿算符。利用冷冻自旋近似方法得到近似解析解，进而分析了系统自旋压缩效应的调控方法。