超导量子计算在过去十年发展迅猛。超导量子比特已经成为最有希望实现量子计算机的物理系统之一。超导比特是由含有约瑟夫森结的超导电路构成。与其它微观的量子比特系统(电子,原子或离子)不同,超导比特的电路是介观尺寸的。相比于自然的量子比特系统,超导比特优点体现在：可以方便地设计超导电路的结构,有良好的可控性；更重要的是超导比特之间、超导比特与其它量子系统(超导传输线)很容易实现强耦合,这使得超导比特具有更佳的扩展性。它的缺点是相干时间很短,原因是超导比特跟环境耦合导致系统退相干较快。比特的环境噪声可来自线路内部或外部。因此,研究超导比特的噪声的来源和形成机制对于超导量子计算来说非常重要。约瑟夫森结中的二能级缺陷早在十年前已经在实验上观察到了,但是这种缺陷系统的微观来源以及它和比特的耦合机制到现在还没有确定。对付噪声的一种办法是设计对噪声鲁棒的操作。Landau-Zener干涉是一种很重要的量子操控手段,但是传统Landau-Zener干涉是由动力学相的积累导致的干涉,对时间长度和噪声起伏比较敏感。基于几何相位的Landau-Zener干涉对噪声起伏和不完美操作有较强的鲁棒性。在我们的工作之前还没有人在实验上演示这种干涉。容错的量子计算可通过量子纠错码来实现,但是单个操作的出错率必须低于阀值10一。遗憾的是,即使现在性能最好的超导量子比特的出错率也高于这个阀值。实现容错量子计算的另一个途径是拓扑量子计算,但是常用的拓扑比特不能完成通用量子计算。解决这个矛盾的方法是把拓扑比特和超导比特组合成一个杂化系统,发挥它们各自的优势。下面介绍我们在超导量子比特的退相干和量子调控上的工作：1.提出了一种实验上可行的判别二能级系统与比特耦合机制的方案。目前存在三种超导比特和二能级系统的耦合机制,我们发现在三个结的磁通比特中三种耦合机制会导致不同的比特和二能级系统耦合形式,即纵横向耦合的相对大小不同。利用双光子谱方法可以测定它们之间的耦合形式,从而判断哪一种耦合机制足正确的。2.提出了在超导相位比特系统中实现几何的Landau-Zener干涉的方案,并在实验上成功地观测到了这种干涉现象。Landau-Zener十涉所需能级免交叉是通过微波和相位比特的耦合导致的。所用几何相是非绝热的Ahananov-Anandan相位,动力学相用自旋回波方法去掉。最后干涉的结果与中间过程获得的几何相有关,而与动力学相无关,与中间过程的时间无关,这些性质在实验上得到了验证。由于它的几何性,几何的Landau-Zener干涉结果对一些局域的噪声起伏不敏感,所以在量子调控上更具有实用性。3.研究了Majorana费米子构成的拓扑比特和磁通比特的杂化系统,提出了一系列量子信息处理的方案：通过控制磁通比特的门电压来调节磁通比特与拓扑比特耦合,利用该方法可以实现两种比特耦合的打开与关闭；精确控制磁通比特和拓扑比特的耦合时间,可以实现拓扑操作无法完成的π/8相位门；提出一种新的拓扑比特-磁通比特-磁通比特复合系统,在此系统中利用Landau-Zener跃迁的原理可以实现磁通比特和拓扑比特之间的信息双向传递。我们的方案完善并发展了拓扑比特与传统量子比特的量子界面,它将在量子计算和量子存储等方面发挥重要作用。