量子理论与信息科学的结合产生了量子信息科学。量子计算机和量子通信成为人们当前的研究热点课题之一。其中,量子计算机的优越性体现在量子并行计算上,从而可以进行超快速计算和模拟量子系统,并能解决经典计算机无法解决的问题。本博士论文着重研究了量子逻辑门在离子阱中的实现、在腔QED 中量子态的制备以及自旋-1/2 系统中量子纠缠态的度量等问题。实验上通过级联的量子逻辑门来构造量子计算机。任意量子门都可以由二比特控制非门(CN 门)和单比特旋转门(R 门)组成。因此,人们致力于研究如何实现CN 门和R 门。我们提出了一种在离子阱中实现CN 门的简单方法。离子的内态作为一个目标量子比特,内部基态|g> 和激发态|e> 分别表示|0> 和|1> ,离子的声子数态|0> 和|1> 作为控制比特。用两束互相垂直的激光同时控制一个被囚禁在直线阱中的离子,调节沿X 方向和Y 方向的耦合系数,选择合适的演化时间,使耦合系数和Lamb-Dicke(LD)系数满足一定的关系,在子空间{|0>| g> ,|0>|e>,|1>|g>,|1>|e}中演化,可以实现CN 门。这种方法的优点是,只需要二能级离子,对LD 系数没有限制,不需要辅助能级数,就可以实现量子逻辑门,从而在实验上更加简便可行。在量子计算中,量子态是信息的载体,量子信息的加工处理是操纵量子态的过程。对多粒子纠缠态的任意操作是实现量子计算的基础。我们提出一种在腔QED中制备多粒子W 态和GHZ 态的方法。制备的方法是,将原子处于|0> 和|1> 的叠加态,腔场处于相干态,通过腔与原子同时相互作用,选择合适的相互作用时间。然后对腔场进行测量,测量得到腔处于不同的态,相应的原子态将塌缩到不同类型的纠缠态,通过证明所制备的态违背Bell 不等式,说明这些态具有非局域性。假定制备的态满足Bell 不等式,计算得到测量预期值。对于四粒子W 态,选择不同的参数得到前后关系式是相互矛盾的。对于四粒子GHZ 态,得出的数学表达式和物理参数的含义矛盾。所以,所制备的态违背Bell 不等式。量子纠缠是量子计算和量子通信的重要资源,利用纠缠态可以实现量子隐形传