量子信息学是二十世纪八十年代由量子力学、信息科学和计算机科学相结合而发展起来的新兴的交叉学科。量子信息科学的诞生和发展,在科学和技术方面有着深远的意义。目前的经典计算机受到经典物理原理的限制,已接近其处理能力的极限。由于量子态的叠加原理和量子非局域纠缠性,量子计算机将会具有经典计算机无法比拟的、快速的、高保密的计算功能。总之,研制量子计算机是非常必要的,并且已经成为了当前国际研究的热点之一。　　量子计算机最初提出来并没有受到人们的广泛关注,直到Shor提出分解大数质因子的Shor量子算法,人们才真正认识到了量子计算机的价值。其后,Shor和Steane证实了量子纠错码、容错码的存在,进一步证明了量子计算的可行性。量子计算因此而蓬勃发展起来。另一方面,寻找构造量子计算机的物理系统也是至关重要的。研究表明,固态系统将是最有可能实现量子计算机的物理系统,特别是基于电子自旋的固态系统。因而,半导体量子点系统成为了目前人们关注的焦点。本论文主要致力于基于量子点系统的量子计算的研究,包括以下三个方面的主要内容:　　一.提出了利用单量子点中单电子自旋与微波腔的双拉曼相互作用过程实现量子计算的方案。该方案可以选择性实现任意两个量子比特之间的耦合,即能实现长程相互作用,同时也能实现量子普适逻辑门。在双拉曼过程中,量子点与腔的相互作用既可以是共振相互作用也可以是大失谐相互作用。在大失谐相互作用的情况下,可以实现量子逻辑门的并行操作。计算表明,所有的量子逻辑门操作随时间的演化与腔场态无关,因此该方案对热场不敏感。尤为重要的是,本方案实现的量子逻辑门本身就是几何量子门,能有效抑制随机噪声。因而,该方案适合可扩展性量子计算。　　二.提出了基于量子点系统实现离散量子傅里叶变换及其应用的物理方案。量子傅里叶变换是量子因子分解和许多其它算法的关键部分,为量子计算的加速计算给出了一个理论承诺。该部分内容包括:　　a.基于耦合双量子点分子中电子间的库仑相互作用实现离散量子傅里叶变换。该方案采用两电子的自旋单态S和自旋三态0T作为量子比特,该量子比特具有很好的相干性,并且能使量子比特受低频噪声和自旋与核子之间的超精细相互作用带来的噪声的影响减小。通过改变传统的量子点水平排列为圆环排列,使能够进行量子计算的量子比特数目明显增多,有利于大规模量子计算。　　b.基于三阱量子点系统,通过电子布居数的绝热跃迁实现单量子比特Deutsch-Jozsa量子算法。该方案采用了电子布居数作为量子比特,这是一种全新的量子比特。这个绝热跃迁实际上是一个准静态的布居数跃迁过程,能够使该方案实现的保真度很高,并且对外部噪声不敏感。该方案提供了一个新的思考方向—在固态量子系统中利用电子布居数的跃迁来进行量子信息处理。　　c.基于耦合双量子点分子系统与腔QED技术实现量子相位估计和时钟调准。该方案选取了空间分离的两个量子点中的电子-空穴对作为量子比特,能够增强量子相干性。双量子点分子中的两量子点不需要是全同的,大大降低了量子点制造本身的要求,也有利于该方案在实验上的实现。　　d.基于单量子点中电子的自旋与微波腔的单拉曼过程实现离散量子傅里叶变化、Deutsch-Jozsa量子算法和Shor分解大数质因子算法。在方案中,我们主要是将这些复杂的量子算法分别给出了特例分析并设计了物理实现方案,尤其是对量子Shor算法,详细讨论了取随机数11=a时分解15=N的情况。　　三.提出了基于电子自旋宇称测量的纠缠浓缩方案。该方案主要是利用电子自旋的宇称测量和单比特测量,这两种测量均可以通过自旋-电子翻转技术在实验上实现,而且是非破坏性测量。与传统的破坏性Bell态测量相比,这种测量方法更加有利于可扩展性量子计算,也有利于节约资源。