量子计算被认为是新一代信息处理技术。利用量子态的叠加与纠缠性质,量子计算在处理某些问题上有具有经典计算无法比拟的优势。构成量子计算系统的基本单元是量子比特（qubit）。在过去的几十年中,人们对可用于实现量子计算的多种物理系统（如离子阱,量子点,核自旋,氮空位色心,冷原子等）进行了大量研究,取得了长足的进步。为了实现可实用化的量子计算系统,量子比特的可扩展性尤为重要。在这方面,超导量子系统被认为是最有前途的候选系统之一。在超导量子系统中,量子比特的制备工艺与半导体制备工艺相通,参数可调范围大,赋予了设计量子芯片极大的灵活性。二十多年来,超导量子计算发展迅速,国内外许多科研机构与知名科技商业公司相继加入相关研究,实现了从单量子比特到几十个量子比特发展,在特定的算法上已经显示了相对于经典计算的量子优势。当然超导量子比特研究道路上还有很多有待解决的问题,比如怎么实现更好的比特退相干,更精确的比特门操控,更大的比特集成数目,更小的比特间串扰,更多比特的操控能力等。本论文主要介绍本人在博士研究生期间从事的量子比特测控与量子模拟方面的研究以及所取得的相关成果。论文第一章主要介绍量子计算的发展历史、超导量子比特基本理论知识与相关测量与控制的原理。第二章主要介绍在博士期间参与构建的一套量子比特测控的硬件与软件系统。在硬件方面,参与研制了用于多比特测控的电子学硬件系统,该系统具有延迟时间短、集成性好、可扩展性强、体积小、以及使用灵活等特点。利用FPGA,编写了片上算法,实现了信号快速解调和波形输出。经测试,反馈延迟为178.4ns,可用于量子反馈的相关研究工作。在软件方面,开发了一套基于Python3语言的多比特测控软件。此软件遵从多个设计原则,能够较好地满足量子比特芯片测控的各个需求,已经用于多个量子模拟实验中。第三章主要介绍了一些量子比特测控技术,包括:量子比特各个参数的表征,实验不理想过程的校准,以及一些基本优化工作。利用建立的硬软件测控系统,进行了大量超导比特、谐振腔、约瑟夫森参量放大器等样品的表征,支持了器件制备工艺的持续优化与改进,促进了量子比特退相干的提升。此外,也探究了三种动力学解耦方法对量子比特相位退相干的抑制。结果显示最优化方法能使相位退相干时间接近能量弛豫时间2倍,接近理论极限。具有宇称时间反演对称性（即PT对称性）的非厄米系统具有很多新奇性质,是当前研究的一个重要课题,相关研究可能用于量子精密测量。本论文第四章描述了我利用参量调制方法在超导量子比特中实现PT对称相变观测的工作。首先,实验上验证了用参量调制的方法可以实现比特与读出腔之间的可控耦合,对能级耗散进行调节。随后,改变相关参数,实验上观察到PT对称破缺相变,并用两种方法确定相变点（即EP点）位置。最后,通过调节耗散大小,展示了EP点位置与耗散的关系。实验中,测得的实验结果与理论预期基本符合。参量调制调节耗散观测EP点的方法,不需要增加额外硬件,也不需重新设计器件,有利于应用在多比特器件中,探索非厄密体系的各个性质。第五章内容为在一维10量子比特系统中实现Z2格点规范场的量子模拟工作。我首先对量子比特的各个参数进行了标定,并对一些不理想的因素进行了校准及优化。在此基础上,,考虑串扰和读取等多个因素,选择好实验工作点,最后实现了整个有效格点规范哈密顿量的演化。在实验上观察到理论预言的非局域与局域现象,测量得到的规范不变算子的数值也与理论预期结果一致。最后,在第六章中,我对博士期间工作进行了总结,并对量子计算测控以后的工作进行了展望。