自量子理论被提出以来，相干操纵量子系统就成为量子物理学中的一个研究热点，量子信息科学的发展更加推动了这一问题的研究．近年来，随着实验条件和技术水平的进步，人们已经具备了相干操纵单个量子系统的能力．腔量子电动力学，离子阱、玻色爱因斯坦凝聚等物理系统的相干操纵已经得到了广泛的研究．最近几年，由于固态量子计算的推动，基于固态系统的相干操纵也得到了突飞猛进的发展．纳米机械共振腔、超导量子比特、双量子点量子比特、电路量子电动力学等系统的发展使人们开始关注具有很好集成性和相干性的固态量子系统的相干操纵．研究这些量子系统的相干操纵不仅可以用来检验量子力学的基本理论，帮助加深理解量子力学的基本原理，还可以挖掘它们在未来尖端技术上的可能应用．本论文就纳米机械共振腔的相干操纵、量子特性的探测以及在量子信息科学中的可能应用展开探讨，根据物理系统的特性，设计合理可行的物理方案来实现纳米机械共振腔的相干操纵和运用． 第一部分包括论文的第二章，主要介绍论文中用到的几个基本物理系统s纳米机械共振腔、超导电荷量子比特、双量子点电荷和自旋量子比特、以及电路量子电动力学的概念、结构和物理特性． 第二部分包括第三章和第四章，这一部分讨论了如何利用量子比特作为辅助系统实现对纳米机械共振腔的相干操纵，提出了利用超导电荷量子比特、双量子点电荷和自旋量子比特来实现纳米机械共振腔相干操纵的新机制，并基于这些操纵机制提出了制备纳米机械共振腔的典型量子态(如：压缩态、猫态和纠缠相干态)的方案． 第三部分为第五章，提出了利用超导电荷量子比特和超导传输线共振腔作为量子探针，探测纳米机械共振腔量子特性的新方案． 第四部分为第六章，利用量子纳米机械共振腔作为数据总线耦合多个超导电荷量子比特，实现了两比特逻辑门．还提出了一种相干耦合纳米机械共振腔和传输线共振腔的方法，实现了它们之间的量子态的转移． 第五部分为第七章，为全文的总结和展望．