量子计算机是遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子逻辑门是量子计算机的基本操作单元，量子计算机就是通过量子逻辑门来控制和操作量子态的演化和传递，进行量子信息处理的。在量子逻辑门的物理实现方面，已经进行了大量的研究工作，并有相当多的实验结果，但这些实验都是在小规模范围进行的，离大规模的有效量子计算（量子逻辑网络）需求还有一段距离。因此，寻找合适的物理系统进行有效的量子逻辑操作是实现量子计算机的关键。本论文主要从理论上研究了实现量子计算机的物理系统。在离子阱系统，腔量子电动力学（QED）系统和离子阱-光学腔系统中分别提出了制备一种重要的量子逻辑门-量子相位门的理论方案，并从保真度、成功几率和制备时间等角度论证了各方案的可行性。在离子阱系统中，提出了两个制备非常规几何相位门的方案。第一个方案利用了势阱离子与两束不同频率的激光相互作用，制备时间t= 2π/δ仅取决于参数δ，可通过选取参数使δ>> 2π来获得较短的制备时间。第二个方案利用了势阱离子与一束驻波激光的共振相互作用，制备时间t= 2π/v仅与振动模频率v有关。在其它参数相同的条件下，该方案所需的制备时间比基于离子与驻波的非共振相互作用的方案[Phys. Rev. A, 2006, 74（3）: 032322]所需的时间更短。由于振动模频率可达到10⁹数量级，第二个方案的制备时间远小于腔QED系统中利用原子与经典场共振耦合制备相位门所需的时间[Phys. Rev. A, 2006, 73（3）: 032344]。该方案具有制备时间短，效率高、消相干影响小等特点。在腔QED系统中利用三能级原子与腔的非全同耦合提出一个实现近似多比特量子相位门的方案。研究表明：相位门的制备时间并不随着量子比特数目的增加而增长。通过选择适当的参数可以使相位门的制备时间远小于原子辐射寿命和光子寿命。方案中采用了原子与腔的大失谐相互作用，原子和腔场之间并不进行量子信息的转移，腔的衰减的影响可以忽略。在先前基于原子-腔共振相互作用的方案[Phys. Rev. A, 2007, 75（3）: 034307]中，只有当耦合常数满足g₁<<g时，才能得到满意的保真度和成功几率。在我们的方案中只要l=g²/g₁²（与原子-腔的耦合常数有关）为一个较小的奇数，相位门的制备能够在较短的时间内以较高的保真度和成功几率完成。我们的方案放宽了对原子-腔耦合常数的要求。该方案的一个突出特点是给出了保真度和成功几率的通用表达式,利用此表达式我们研究了影响相位门的保真度和成功几率的因素,结果显示当量子比特数目确定时,不同的原子-腔耦合强度直接影响制备时间、保真度和成功几率。因此可以通过控制不同的原子-腔耦合强度值来构建门时间短、保真度和成功几率高的多比特量子相位门。我们还研究了量子比特数目对保真度和成功几率的影响,当量子比特数目N超过某些较小值时,保真度和成功几率随着量子比特数目??的增加而缓慢增大,当N→∞时,保真度和成功几率无限接近于1,但不会超过1。这表明当前方案适用于制备较多比特量子相位门。直接制备多比特量子逻辑门对于构建门时间短、操作复杂度低的量子计算网络尤为重要。尤其是当量子比特数目很大时,通过执行多个基本量子门来获得一个多比特量子门的程序极其复杂,所需的门时间更长。在离子阱-光学腔中利用势阱离子与外加激光及量子化腔场的相互作用提出一个制备非常规几何相位门的方案。相位门的制备时间t可以表示为t= 2π/Δ= 2π/（ω₀-ω_c-v）。通过适当调节离子跃迁频率ω₀,腔模频率ω_c和振动模频率v不仅可以保证约束条件v,ω>>Δ,Ω,和g得以满足而且可以保证Δ足够大以使得相位门制备时间远小于量子比特的相干时间和光学腔的衰减时间,从而可以忽略离子消相干和光学腔的衰减的影响。该方案的一个创新点是利用离子的振动模和腔模的产生算符、消灭算符来构建双模压缩算符,并利用该双模压缩算符来推广非常规几何相移。由于压缩参数相空间中的一个正交分量的量子涨落可以压缩到真空水平以下,利用压缩算符的相位门方案与通常的位移算符方案相比,在降低量子系统的量子噪声方面具有一定的优势。该方案对于探索消相干影响小物理系统具有重要意义。