在过去的几十年里,利用量子相干性和量子纠缠来发展量子设备进行了大量的研究,实现了经典物理里面难以实现的功能。然而,量子系统必须在低温下进行操控是发展量子技术一个巨大的瓶颈。近几年来,半导体中的点缺陷作为量子系统的候选材料,实现了室温下的量子操控。其中金刚石氮空位（NV）色心受到广泛的关注,研究表明,通过改变金刚石NV色心周围的环境,可以测量和控制NV色心的自旋,并且有可能将其应用在磁场传感器上。许多研究已经表明,金刚石中单个NV色心可以作为单个可寻地址,量子计算中的固态量子比特,量子通讯中的单光子源、磁场、电场、应力场、甚至惯性和旋转高精度测量中的量子传感器。作为高精度的量子传感器应用的前提是金刚石中必须含有高浓度的NV色心,来实现量子传感器的所有功能。例如,关于高精度的惯性和旋转测量,研究者们发现,在1 mm³的金刚石中NV色心的浓度要达到1 × 10¹⁸ cm^-3,这样高浓度的NV色心才能制备出比目前最好的基于微机电系统的机械陀螺仪精度更高的量子陀螺仪。本论文研究中,通过一些实验方法产生NV色心,并且用荧光光谱、电子自旋共振和正电子湮没谱学对金刚石中NV色心进行鉴定和浓度估算。金刚石中NV色心的产生手段主要有室温和77 K电子辐照,高温退火处理和离子注入技术。研究结果表明,室温和77 K电子辐照金刚石能够有效的在金刚石中产生NV色心。高温退火金刚石粉末也能增加金刚石中NV色心的浓度,但是硅离子注入金刚石反而使金刚石中的NV色心浓度降低。考虑到金刚石生长工艺复杂,金刚石材料生长工艺还不是十分的成熟,生长工艺也在不断的发展中,在金刚石上面加工设备也十分的困难。因此,我们研究和金刚石NV色心性质类似的缺陷,包括一些没有被考虑到的缺陷。在我们的研究中,通过实验和理论研究金刚石NV色心等电子体结构的缺陷,如3C-SiC中NV色心和4H-SiC中O-V色心。我们也研究了结构和金刚石NV色心结构不同的缺陷色心,如4H-SiC中负一价的硅空位。为了研究这些缺陷的自旋和光学性质,我们通过Franck-Condon近似来计算缺陷色心的自旋守恒光学转变,这个对于操控光子诱导电子在基态和激发态之间的跃迁十分重要。此外,我们估算了缺陷色心的自旋相干时间,这个对于自旋调控和量子比特操作十分重要。结合平均场近似和第一性原理计算来估算缺陷色心的超精细相互作用能,再通过不确定关系获得自旋相干时间。我们也研究了其它带隙宽度大于或等于2 eV的宽带隙半导体,过渡金属掺杂MgO形成的缺陷可能成为量子比特的候选材料,因为过渡金属可以在材料生长过程中无意识的掺进去或者通过离子注入的办法掺进去。在我们的研究中,正二价的Ni掺杂MgO形成的缺陷色心具有较长的自旋相干时间,可以用来实现量子比特的应用。通过实验和理论的研究,本论文针对金刚石,碳化硅和氧化镁材料应用于量子比特的研究:怎样提高金刚石中NV色心的浓度;碳化硅中哪些缺陷可以用作为量子比特候选材料;其他的量子比特候选材料的研究。主要取得了以下研究成果:（1）室温和低温电子辐照lb金刚石能有效的产生NV色心,电子辐照Ila金刚石主要产生空位型缺陷。比较室温和低温电子辐照,发现低温电子辐照并没有比室温电子辐照更加有效的产生NV色心。（2）金刚石中NV^-1色心的光学信号与温度有关,当温度降至5K时,金刚石中NV^-1色心的光学零声子线明显增强,NV⁰色心零声子线的信号明显减弱。低温下能够有效的将金刚石中的NV⁰色心转换成NV^-1色心。（3）SiC中的空位型缺陷具有量子比特的性质,如3C-SiC中的NV色心和金刚石NV色心具有许多相同的性质。4H-SiC中的VSi和V_SiO_C也具有量子比特的性质,通过电子辐照和离子注入技术都能在4H-SiC中产生这些缺陷。（4）正二价的镍离子掺杂MgO形成的Ni_Mg色心具有量子比特性质,Ni_Mg色心的自旋守恒光学转变能相对于金刚石中的NV色心而言更低。当温度为OK时,Ni_Mg色心的自旋相干时间也在一秒左右。通过Ni离子注入的方法可以有效的在MgO中产生Ni_Mg色心。