二十世纪八十年代,量子力学、信息学和计算机科学发展并交融,催生出量子计算与量子信息这门新兴交叉学科,为人类勾勒出能够突破经典信息科学极限的美好愿景。人们对量子计算与量子信息的研究至今方兴未艾,并在理论和实验上都取得了丰硕成果,这在深化对量子力学本身理解的同时,也得益于并推动着相关其他学科的进步。十几年以来,人们力图对诸多物理系统进行相干控制,以实现可拓展的量子计算。在量子计算的物理实现方面,不同的物理系统有着各自的优势和劣势。随着光学、材料科学、纳米技术和超导技术的迅速发展,固体系统包括半导体量子点、氮空位中心、超导线路等系统已具备优异的可集成性、可控性,以及良好的稳定性,于是可拓展的固态量子计算成为量子计算物理实现最具潜力的候选者。因此在本文中,我们主要在理论上对基于固体系统的量子相干控制与量子计算进行研究,包括对固态量子计算物理结构与方案的研究,对已有相干控制方案的拓展与推广,相干控制方案在具体量子信息处理中的应用,以及具体固体系统中量子关联的性质等。全文共分七章,其中第四章到第七章是本人的工作,整篇论文内容的具体安排如下：第一章概述量子计算与量子信息领域的历史,介绍量子计算的物理条件和物理实现的发展现状,特别对近年来固体系统中的量子相干控制与量子计算的研究进展进行综述。第二章介绍量子计算的基础知识,包括对量子比特的描述、纯态与混态的概念、基本量子门与通用量子门,以及保真度的定义。此外还介绍了量子纠缠概念与几种常用的纠缠度量。第三章首先分别详细介绍二维电子气量子点与自组织量子点的形貌结构特征和能级结构,然后介绍对基于固体系统量子比特的几种相对传统的相干控制方案。第四章研究对量子点分子阵列中的电子进行确定性量子隐形传态的协议。量子比特操作由基于拓展的STIRAP技术的脉冲序列实现。该协议具有显著的高效性：基矢变换步骤仅需一个受控非门和一个Hadamard],而态重构步骤仅需一次单自旋转动。皮秒尺度的脉冲控制使得该协议耗时超短,总耗时远小于电子自旋的相干时间。隐形传态过程仅需自旋相干时间的约5%即可完成,预示协议具有高保真度。第五章研究2π双曲正割脉冲作用下量子点内电子自旋的非绝热几何转动。首先我们分析自旋转动的几何相与动力学相成分,考察两种相位成分对Rabi频率与失谐比值的依赖性。数值结果显示诱导的总相位仅在共振脉冲的情形下是纯几何相。对于其他比值,总相位包含一个非零的动力学部分。然后我们运用解析和数值两种手段刻画并讨论自旋进动对动力学相的削减效应,并利用相位的对称性关系给出运用多脉冲控制剔除动力学相的方法。通过对每个脉冲选取恰当的参数,由不同脉冲诱导的动力学相相互抵消,可得到由-π到π的纯几何相,于是实现了对自旋的任意几何转动。此外,我们还考虑磁场作用与三离子态衰减,计算了自旋转动的平均保真度,并对这两种机制进行了比较和讨论。结果表明弱磁场是获得高保真度(993%以上)的关键条件。第六章研究两个耦合的双量子点分子的量子相干与量子discord动力学。两个双量子点分子相距一定距离,通过传输线谐振器间接耦合。我们考虑起支配作用的耗散机制。数值结果验证了纠缠的“突然死亡”(entanglement sudden death,ESD)现象、“突然重生”(sudden birth)现象与量子discord对“突然死亡”的鲁棒性。此外结果说明对于某些初态,失相过程会导致无纠缠区间内量子相干性与量子discord的恢复与再衰减。通过观察不同初态下量子相干性对照量子discord的动力学表现,我们发现二者的相似性来源于非局域相干性与量子关联的密切关系。受此启发,我们从与量子关联同根源的量子特性—量子相干的角度重新审视量子关联,提出利用非局域相干性对任意维度两体系统量子关联的一种新度量——consonance,并分析该度量与其他量子关联度量的关系。第七章我们提出一种用于通用量子计算的混合固态量子处理单元结构。该结构可使不同物理系统中远隔且截然不同的固态量子比特相互作用并协同工作。所有的量子计算步骤由利用经典场和腔QED系统的光学方法控制。我们的方法具有对耗散过程不敏感的显著优势。此外,我们给出了对该结构中固态量子比特量子非破坏测量和态转移的方法。该量子处理单元结构将可拓展的量子计算推广至更广泛的意义：可随后将不同系统的固态量子比特与原有比特融合并集成为一个量子处理器,以对原量子处理器进行升级。最后给出了全文的总结与展望。