腔量子电动力学描述了在共振腔中某一物质系统与电磁场之间的相干耦合。通过利用高品质的共振腔,在实验上我们可以实现原子和光场的强耦合。在强耦合情况下,原子在从腔场泄露出来之前,与单模光场多次发生单光子交换。根据与原子相互作用的腔模的频率的不同,存在着光腔量子电动力学和微腔量子电动力学。原子腔量子电动力学系统提供了一个很好的进行量子信息处理的实验平台,但它在集成性能上不具备优势。为了满足量子信息处理的要求,真正达到规模化,集成化的控制,我们必须考虑固体量子系统。电路量子电动力学系统就是腔量子电动力学的原理在固态领域的实现。在电路量子电动力学中,我们用超导量子比特来充当人工原子,用一维超导传输线共振器来充当微波腔场。与自然原子不同,人工原子的性质可以人为地设计和调控。由于超导量子比特包含很多原子,它的有效偶极矩比碱金属原子和里德堡原子大很多,而且一维传输线模体积小,因此即使固态环境的干扰作用强,超导电路与腔的强耦合也是可以实现的,我们可以观察到单个人工原子和单个微波光子的相互作用。利用电路量子电动力学可以探究到原子腔量子电动力学不能探究到的新领域。目前在电路量子电动力学研究中取得的新进展为量子态制备和量子信息处理开辟了新的前景。本文主要是研究腔量子电动力学系统中的量子信息过程,主要创新结果如下:首先,我们给出了在原子腔量子电动力学系统中量子时钟同步算法的实现方案。在我们的方案中,量子比特用阶梯形原子的能级来编码。对原子比特的量子操作是通过原子和经典(量子)场的可控相互作用来实现的。为了实现算法我们需要实现单比特Hadamard操作,单比特旋转门操作,两比特控制非门操作以及两比特控制相移操作。我们给出了三比特和四比特量子时钟同步算法的详细实现方案。我们也可以将该方案推广到任意多个量子比特的情况。同时它也提供了一个利用原子比特来进行量子信息处理的实际方法。接下来,我们提出一个在杂化电路量子电动力学系统中实现任意量子态传递的方案。该杂化系统是由一根传输线、一个电荷比特和一个磁通比特组成的。其中传输线充当数据总线的作用。经分析发现,不论是在共振区域还是色散区域,我们都可将任意量子态在两种类型的量子比特之间进行传递。在共振区间,传输线腔场充当着媒介的作用。量子态先从一个量子比特传递给传输线,然后再由传输线传递给另外一个比特。在色散区间,传输线被绝热消除,我们得到两类量子比特之间的有效交换相互作用。利用该相互作用,我们就可在它们之间进行量子态的传递。再次,我们提出一个在电路量子电动力学系统中实现微波光子间的可控交义克尔相互作用的方案。我们的电路量子电动力学系统利用超导量子干涉仪来充当人工二能级原子,传输线共振器充当提供微波光子的腔场。当该系统处于色散区间时,我们实现了微波光子间的可控交叉克尔相互作用,且相互作用强度可通过穿过超导量子干涉仪的外部经典磁通量来调节。根据目前电路量子电动力学实验的参数估计,利用本方案可以实现两传输线中微波场之间足够大的交叉相位移动。利用该交叉克尔相互作用,我们还可以制备两传输线腔场间的宏观纠缠态。对利用宏观量子系统来进行量子计算和量子信息处理而言,这里实现的微波光子间的可控交叉克尔相互作用是非常重要的结果。利用本方案获得的微波光子交叉克尔非线性为研究宏观物体的非线性光学现象开辟了一个新的方法。最后,我们研究了由一个电荷比特和两个传输线共振腔(传输线A和传输线B)组成的电路量子电动力学系统的消相干特性。研究表明,通过其中一个传输线的辅助,电荷比特和另一个传输线所组成的子系统存在无消相干子空间。具体来说,对于这个三体系统,如果传输线A初始制备在数态,那么电荷比特与传输线B构成的子系统的量子动力学演化不会发生消相干。也就是说传输线A作为辅助系统控制电荷比特与传输线B构成的两体系统的消相干。这意味着通过对辅助系统的控制,我们可保护量子系统免除消相干的影响。这提供了一个在电路量子电动力学系统中控制消相干的方法。可以相信,我们的方案也为研究量子系统的消相干问题开辟了一条新的道路。