目前,量子计算、量子通讯是量子物理领域研究的热点。作为存储量子信息以及执行计算的量子态信息载体,量子比特的相干时间是决定量子比特逻辑门相干操控保真度和操控次数的关键性参数。量子计算的研究对象很多,广泛关注的包括超导环、俘获离子、半导体量子点、NV色心以及中性原子等。编码于受控中性原子基态的量子比特由于寿命长,受环境退相干因素影响小,易于精确操控,退相干时间长等优势,是量子计算研究的主要系统之一。同时,光学偶极阱俘获的单个中性原子系统具有良好的可扩展性,能够实现偶极阵列中大规模的量子比特。近年来,不同维度、任意形状的中性单原子阵列的高效装载已经陆续实现,同时高保真的单比特和双比特量子逻辑门高保真度的操控也为中性原子系统的量子计算打下了良好的基础。然而,相较离子系统长达10分钟量级的退相干时间,作为量子计算的主要参数,中性原子体系的退相干时间有待进一步提高。影响单原子体系退相干时间的因素主要有均匀退相干和非均匀退相干两种。原子与外界电磁场的耦合导致了原子量子比特的均匀退相干。其中偶极阱俘获光和磁场起伏等引起的原子基态能级差分光频移的起伏,可以利用“魔术”磁场、“魔术”频率、“魔术”光强等多重魔术条件有效抑制。非均匀推相干因素主要由阱内原子的热运动引起,实验上通常采用进一步降低阱内原子温度并结合CPMG序列(Carr-Purcell-Meiboom-Gill sequences)或自旋回波(spin-echo sequences)等动力学解耦合方法消除。本文基于偶极阱中单个铯原子实验平台,实验实现了 780 nm蓝失谐偶极阱中铯原子基态磁不敏感态在魔术磁场条件下的相干时间的测量,同时为实现1064 nm红失谐偶极阱中单个铯原子拉曼边带冷却完成了初步的理论分析和实验准备。论文主要内容包括:1).基于780 nm蓝移阱中单个铯原子实验系统,利用微波脉冲加射频脉冲的双光子过程实现了铯原子基态磁不敏感态|6S1/2,F=3,mF=-1>和|6S1/2,F=4,mF=1>间的相干操控,并测量了量子比特差分能级移动随磁场的变化,得到了“魔术”磁场B=1.4(2)Gauss。在“魔术”磁场条件下,通过Spin-echo技术测量了原子的退相干时间为T2*=1.0(1)S。2).理论分析了 1064 nm红移阱中单个铯原子磁不敏感态的拉曼边带冷却,设计了相关的实验方案,实验完成了边带拉曼冷却所需的激光系统。