信息技术和量子物理是20世纪最重要的科学进步。近些年,随着芯片的加工尺度接近原子尺寸,摩尔定律逐渐失效。与此同时,信息产业的蓬勃发展,人们对信息处理能力、处理器运算性能的提高仍有迫切的需求。因此,我们需要探索新的计算模式,量子计算也随之受到广泛的关注与研究。基于超导电路的量子计算,由于易于控制和拓展,并且可以结合半导体工业的先进技术,近些年得到快速发展。无论是量子模拟还是门电路量子计算,对比特的操控精度都有非常高的要求。在量子模拟实验中,我们需要通过对哈密顿量的精确调控来实现目标演化,从而获得准确的测试数据。而在量子门电路中,不理想的控制脉冲波形也会显著的降低量子门保真度,尤其是高保真度的控制非门或控制相位门。实现高精度双比特门的挑战是多方面的,本文将从多个方面介绍作者在博士期间关于实验中实现高保真度量子门的研究。作者在博士期间,提出了利用非绝热调控实现高保真度CZ门的方法。非绝热CZ门可以在相同耦合强度条件下,更快实现CZ门,减小退相干误差。但非绝热CZ门对调控精度也有更高的要求,面对的挑战包括解决波形失真问题、波形参数优化问题、测控系统准确性与稳定性问题、量子门快速标定等问题。为评估波形失真影响、并在考虑波形失真的情况下能进行准确波形参数优化。作者构建了一个基于电路参数的仿真框架,这一框架直接以电流或电压波形作为输入,能准确的评估电学控制线的非理想效应对量子门保真度的影响:对实验设备的指标参数选择和器件设计具有重要的意义。非绝热量子门对测控系统的准确性和稳定性有极高的要求。基于此,作者改进测控程序的测控流程,并提出用于波形失真矫正的实验方案。基于这些改进,可以在实现长时间系统状态稳定的同时,对到达比特的波形做精确的调控。这项技术不仅有助于提高量子门保真度,对量子模拟实验中的高精度哈密顿量调控也有至关重要的帮助。在优化参数过程中,准确快速标定量子门保真度的方法必不可缺。作者基于clifford群的随机标定法,提出了一种快速标定量子门保真度的改进方案。通过测量特定线路下.目标波形和参考波形的保真度差异,优化提高目标波形的量子门保真度。基于此方法,最终实现了保真度为99.54%的CZ门,达到了纠错阈值,并在当时刷新了超导量子比特两比特门保真度的最高记录。高精度非绝热量子调控技术,在量子计算和量子模拟等领域也具有其他重要的应用.比如实现高保真度CCZ门、iswap-like门、量子随机行走实验等。