近些年来,越来越多的人将科研的重点放在了量子计算机领域。这是由于量子计算机拥有自身独特的计算优势,对于一些独特的问题对比经典计算机有着压倒性的计算优势;另一方面则是由于经典的摩尔定律已然走到了尽头。本论文主要有两个方面的内容,一个是针对量子计算机的重要备选方案即半导体量子点进行理论分析和模拟计算,提出了解决高保真量子操作的方案;另一个方面是针对掺杂稀土晶体的固态量子存储的研究,提出了超长相干时间且稳定的固态存储方案。本文的主要内容包括:1.从量子力学发展的角度简要介绍了量子计算机的主要特点和难点。2.介绍了固态量子自旋的解决方案,一个是半导体量子点,量子点相当于用现有的加工工艺制作一个人造原子,这样的人造原子拥有特殊的能级结构,结合一定的可调控性,就可做作为qubit进行量子计算,现今的研究也有一定的结果,如果能够提高精度并且将单个的量子点做成多个量子点,那么量子计算机将不会是梦。3.介绍了固态量子存储器的一个重要备选方案,以掺杂的稀土晶体为材料制作的量子存储器拥有超长的相干时间,在传输过程中的损耗的控制也很让人满意,这样的平台也可以为量子信息和量子力学的研究提供帮助。4.结合半导体量子点的量子比特的几何型干涉的特点,即内在的抗干扰性,精心设计了电控制脉冲,并且完成了单比特和多比特的几何逻辑门操作,在一定程度来说解决了整个量子计算的核心问题之一。除此之外,退相干过程中的噪声对保真度的影响我们也进行了研究,它与量子计算的保真度的关系也是非常重要。5.通过研究量子点的结构与能级,结合一定的实验数据设计了全新的可调控脉冲,完成了可调控的绝热操作。这个结果也是高保真度的,无论是单比特还是多比特,展现了在量子调控这一块的优势。这一方案的本质是针对变化的能级差,适时地改变调控脉冲的速度,在较短的退相干时间内完成。这样的调控脉冲易于实现,相比其他的高保真度的操作脉冲展示了自身的优势。6.探讨了在相干时间内,利用快速绝热方式,针对量子点中的单比特和两比特的逻辑门操作。在这一过程中量子操作是快速且稳定的,当然也是一个高保真的过程。并且探讨了每次操作的周期时间和用于调控的控制脉冲的强度与保真度之间的关系。对于量子计算来说,我们选取的都是当前大多实验组选用的,各有优劣势,我们进行分析并且给出是模拟数据。7.在自旋-光子的混合量子比特系统中,针对自旋qubit进行精确地的解耦脉冲操作,并且模拟实现结果,结论就是能够得到退相干保护的自旋-光子的混合量子比特门操作。得益于高的保真度,我们的方法对于制备光子态也是颇为有效。8.以掺杂的稀土晶体为材料模拟固态的量子存储器,解释其相关特性。在近临Y库自旋与中心Eu离子的相互作用下,显著地压制了库自旋动力学。而动力学解耦序列的实施结合它内在的慢库动力学,并将这一特性表达在相干时间与相干包络上,这就有了超长的能够达到数小时的相干时间,这样的相干时间也在实验中被发现。除此之外,它还具有高保真、高效、结合它的多模能力,掺杂的稀土晶体在固态量子存储器的方案必然可以有优越的表现。本论文的主要创新点有:1.在几何Landau-Zener-Stuckelberg(LZS)干涉完成高保真的非绝热普适的逻辑门操作,并且提供理论模型。2.针对半导体量子点的逻辑门操作,利用半导体量子点中的能级结构,设计出了易于实验的脉冲,这样的脉冲易于制作和施加,理论上能够完成高保真的逻辑门计算。3.针对多种实验上采用的操作方案,进行数值模拟分析各自的特性,数值上给出了计算的准确性和速度,给出数据和图表演示。4.针对混合比特,给出了能够提供退相干保护的解耦脉冲方案,并且提供数值模拟结果。5.模拟了以掺杂的稀土晶体为材料的固态量子存储器,解释并且运用它独特的库动力学,结合我们自己设计的解耦序列,将量子存储器的相干时间扩展到小时尺度