量子信息处理通常要求量子系统在强耦合机制下工作,即量子比特与量子谐振子的耦合强度大于各自的耗散率,确保两者之间进行可逆的相干能量交换。随着微纳制造工艺和实验技术的快速发展,强耦合机制已经在一些物理体系中得以实现。然而,对于多数量子体系而言,实现强耦合机制仍然具有挑战性,这极大地限制了在这些体系中执行量子信息任务的能力。量子参量放大利用参量非线性实现信号增强,目前已经被广泛应用于量子探测和量子通讯等研究领域。本文的主要研究内容为在不同量子系统中利用量子参量放大增强耦合强度,同时重点介绍耦合增强在量子信息处理和量子计算中的几个潜在应用。以量子谐振子与量子比特构成的通用模型为研究对象,展示了参量放大量子化玻色模的量子涨落带来的耦合增强特性,进而探索了三个具体量子系统中的实际应用。本文的研究工作包括以下四部分内容。（1）在两种不同的腔QED系统中,我们提出利用光参量放大增强原子-腔耦合和原子间偶极-偶极耦合的方案。在两个方案中,通过选取大失谐条件绝热地消除腔模,虚光子调制的有效相互作用被构建。利用参量放大诱导的腔模压缩,有效耦合强度被指数式增强。针对腔模压缩引入的额外噪声,展示了如何通过压缩库设计抑制其不利影响。此外,还讨论了腔模泄漏和原子自发辐射对系统动力学的影响,验证了方案对耗散的强鲁棒性。（2）推广单光子腔QED至多光子情形,我们提出一种利用光参量放大制备高保真两原子最大纠缠态的方案。通过选取共振参数条件,N光子相互作用被简化为有效的单光子或双光子相互作用,同时伴随有效耦合强度的显著增强。通过引入参数匹配的辅助压缩库,由腔模压缩放大的噪声被完全抑制,确保了参量放大增强耦合的同时不会向系统中引入额外噪声,从而有效增强了系统的协同参数（cooperativity）。由于纠缠态保真度与cooperativity成正比,该方案能够实现高保真度两原子最大纠缠态的制备。（3）在电路QED系统中,我们提出一种构建快速且抗噪声的两比特任意相位门的方案。不同于常规的方法,该方案基于参量驱动诱导的量子三元位（qutrits）与微波腔之间的拉比相互作用。一方面,凭借指数的耦合增强,门时间被显著缩短;另一方面,通过对腔-qutrit耦合强度进行脉冲调制,门方案对噪声的鲁棒性被显著提升。结果表明,幅值塑形量子门对计时误差、频率失谐误差以及经典场幅值误差具有很好的鲁棒性。此外,当前方案能够抵制qutrits激发态的能量弛豫和微波腔模泄漏的不利影响。（4）除光学和微波光子外,量子信息还可以通过纳米机械系统中量子化的机械振动（声子）进行转换和传输。在由固态电子自旋和纳米机械振子构成的混杂系统中,我们提出一种利用机械参量放大增强双声子自旋-机械耦合的方法,并基于该方法实现了弱耦合机制下的强声子阻塞效应。在该方案中,内部嵌有氮空位（NV）色心的机械悬臂对称放置于两个纳米磁铁之间,后者提供的二阶磁场梯度使NV自旋与机械运动通过双声子相互作用耦合到一起。通过调制机械悬臂的径度系数,自旋-机械双声子耦合被指数式增强。这使得能谱非谐性被显著放大,从而诱导系统产生强声子阻塞。当系统初始处于弱耦合机制时,通过调节参量驱动,仍然能够观察到极强的声子反聚束行为,同时获得较大的平均声子数。因此,该方案能够为实现高效的单声子源或其他单声子量子器件提供良好的理论参考。