量子信息学主要包括量子通信和量子计算两个部分,量子信息学是量子力学和信息科学结合的产物,它主要是利用微观粒子作为载体,凭借量子力学所特有的一些性质可以解决许多经典信息所不能够完成的信息处理功能,充分显示了经典信息科学所无法比拟的优势。量子通信是量子信息学的重要分支,包括量子隐形传送、量子密集编码、量子秘密分享等。在量子信息的研究中,需要对量子信息进行处理,那么量子硬件必不可少。已经提出的方案中,腔量子电动力学(腔QED)方案是其中之一。目前在量子信息处理的过程中,两大主要障碍是量子态的消相干问题和联合Bell态测量的实验实现问题。这两个问题在腔QED方案中都得到了很好的解决。正因为腔QED方案的这一优势,使其成为最有前景的量子硬件设计方案之一。　　本文主要集中在对多量子比特信息的处理上,和对多量子比特信息的处理,主要研究多体纠缠cluster态的制备方法和量子门的实现。我们的研究主要取得了以下几项成果:　　1.在腔波导系统中,基于偶极感应透明度对偶极子的奇偶测量一步制备四比特纠缠cluster态。我们将使用偶宇称光探测器Deven和奇宇称光探测器Dodd通过探测波导中的光场来检查空间分离的偶极子奇偶性,即看它们是相同(偶宇称性)还是不同(奇宇称性),制备四比特的纠缠cluster态。初始纠缠态不会被破坏,这个方案不像其它的一些方案,需要比特和腔肠相互作用,然后选择合适的时间而获得纠缠态,因此它对消相干不敏感。　　2.提出一个非常简单的产生N比特纠缠cluster态的方案。这个方案是由两个三能级原子和一个非共振腔同时加经典场共同作用来实现的。在作用过程中腔场一直处于虚激发,不需要在原子和腔场之间传送量子信息。　　3.提出利用一个离子阱的两个振动模作为两比特,一步产生量子控制相位门的方案。该方案外加一个合适的可调激光激发,通过离子态耦合两个振动自由度。关于使用离子阱实现逻辑门的方案主要集中在一维离子阱的情况,我们的方案消除了使用两个离子阱作为两比特的复杂性。假如离子被限制在两维调谐势,那么它的中心的主要运动等效于一个两维的振荡器,这个振荡器由两个处于垂直位置X和Y的振荡频率va和vb来描述,相应的产生(湮灭)算符是a↑(a)和b↑(b)。　　4.我们利用超导量子干涉装置在高Q光腔中结合共振作用和量子干涉实现了两比特相位门,量子门是用超导的两个低能级态来实现的。我们的方案可以直接被用来实现N比特相位门,用以实现方案的时间不会随着比特数量的变化而变化,这可能会更有效的实现量子集成和量子算法。我们的方案没有利用任何的测量。