量子计算是基于量子力学原理的新型计算方式,相比于经典计算,它在解决许多特定问题上具有巨大优势。超导量子电路作为实现量子计算最有竞争力的平台之一,具有损耗低、易操作、易扩展、易集成等突出优点,受到了人们的广泛关注,近年来发展迅速。本文在超导量子比特的设计、基本特性和量子态调控等方面展开了系统的研究,主要研究内容与成果包括下述几个方面:（1）超导量子比特的设计、仿真与制备。设计了基于电路量子电动力学（circuit quantum electrodynamics）的Xmon型耦合超导多量子比特样品,并利用有限元分析对其基本参数进行了仿真。通过优化设计,使样品同时匹配微纳加工的工艺条件与量子比特的测量条件。（2）建设了一套集硬件和软件一体的超导多量子比特测量平台。稀释制冷机、各种信号源与测量设备、微波混频模块、信号线路及滤波、隔离、放大等附件共同构成了测量的硬件系统,同时独立开发了基于python语言Qu Lab软件系统,可方便地用于量子态的调控测量和数据的采集分析。（3）系统研究了超导量子比特中的退位相现象。量子比特中的退位相一般认为是外部噪声引起能级波动导致的,其物理图像相当于比特的位相在随机行走,通常通过动力学解耦,能滤掉噪声中的低频部分,从而有效压制退位相。然而我们实验发现,读出腔中的相干态光子所导致的退位相无法用动力学解耦压制,因而不能用位相随机游走的模型来描述。我们对此提出了新的观点,成功解释了实验观测结果。（4）研究了超导多能级系统中的量子光学现象。超导量子比特是一个天然的多能级系统。我们在Xmon量子比特中首次完成了受激拉曼绝热通道（STIRAP）的实验观测,并讨论了其作为量子门的应用。并进一步研究了超导三能级系统中的Autler-Townes劈裂现象,讨论了超导三能级系统对一维光场的散射。（5）实现了耦合超导多量子比特的操作和测量。从实验上实现了多比特的同时操作与读出,并成功演示了两比特之间的i SWAP门与b SWAP门。