中性单原子量子比特在偶极阱中的量子操控以及两原子的碰撞等在量子信息领域和少体物理动力学研究方面有十分重要的意义。本文详细研究了偶极阱中单原子量子比特的相干性,实现了单原子的魔幻囚禁和相干性无损的转移；详细研究了异核两原子基态碰撞和光辅助碰撞,测量了一定条件下的碰撞损失的速率常数。本文的主要内容和创新点如下：1.实现了魔幻偶极阱,获得超长的相干时间和相干性无损的转移根据A. Derevianko在2010年提出的理论建议,利用平行于偶极光光轴的磁场来补偿圆偏振阱的差分光频移,可以获得魔幻偶极阱。在存在高阶光频移效应的阱中,我们将差分光频移补偿到其对光强的一阶敏感度为零,获得特定磁场和阱深下的魔幻偶极阱。在魔幻阱中,限制单个铷-87原子的退相干的因素主要是磁场起伏,由此我们测得单原子的典型的相干时间为200ms,比线偏振阱中大了2个数量级。我们还实现了原子在两魔幻阱中的移出和移入,测得相干时间和无转移情况下几乎一致。相干性的延长和无损的转移大大增加了量子比特的可扩展性,为量子计算解决了一个关键性问题。2.测量了87Rb在偶极阱中的超极化率在单原子实验中,圆偏振囚禁场的等效磁场达到高斯量级,光场对原子的超极化率不能忽略。我们观察到圆偏振阱中的超极化率效应,并测定了超极化率导致的差分光频移系数。该数据对于光阱中的精密测量具有重要的意义。3.观察到偶极阱中的单原子自旋-旋转耦合效应当原子处于旋转的磁场下,或原子在磁场中做环形轨道运动时,由于自旋-旋转耦合效应,我们可以观察到其磁子能级附加了一个能级移位,数值等于原子转动的频率。利用偶极阱带动单原子高速旋转（1-3 kHz）,我们观察到原子的自旋-旋转耦合效应。这是首次在单原子系统中对该效应的演示。4.实现了偶极阱中异核两原子的基态碰撞和光辅助碰撞在一个偶极阱中装载异核的两个Rb原子,并制备到特定的基态超精细能级,测量原子间的相互作用导致的碰撞损失。我们测量了四种基态组合,其中三种（至少有一个原子处于基态上能级）可以发生非弹性碰撞并导致原子损失。实验中发现快速反应通道（87Rb处于上能级）和慢速反应通道（87Rb处于下能级,85Rb处于上能级）,并精确地测得了异核原子碰撞的速率常数。异核原子碰撞过程中,施加85Rb的D2线闭合跃迁的近共振光,我们实现了两原子的光辅助碰撞,同样精确测定了两原子碰撞损失的速率常数。同系综中复杂的碰撞体系相比,我们的实验方法消除了同核原子的干扰和多体碰撞的损失等,得到的结果简洁可靠。这种方法还可适用于多种碰撞体系,如激发态碰撞,超冷化学以及基于碰撞的量子信息处理等。