量子信息学是一门信息理论和量子理论交叉的新兴学科，它在信道容量、安全和运算速度等许多方面显示出了比经典信息所无法比拟的优势，这些优势归根结底来源于其相干性。然而，现有的量子系统由于其或多或少与环境相互作用导致消相干，从而影响量子信息的处理过程，最终有可能导致信息的丧失。　　 如何克服系统的消相干已经成为许多科学家共同关注的目标。迄今为止，人们提出的解决方案主要有三种：一是量子信息编码；二是通过动力学解耦（dynamicAldecoupling）的方法；三是拓扑量子计算的方案。其中量子编码的方案由于其适用范围的普遍性而受到广泛关注。量子信息编码主要通过量子纠错和量子避错两种方法来保护量子纠缠态不受环境噪声的影响。前者适用于任意的量子系统的纠错但是需要引入大量的辅助位，后者量子避错的方法由于利用了系统的对称性，因而在处理集体消相干噪声的情形时成为一种十分有效的方案。该方案最先由中国科学技术大学段路明和郭光灿提出，他们用两个原子形成一个原子对作为一个逻辑比特，该逻辑比特构成一个对于集体相位噪声不变的无消相干子空间(Decoherence-free subspace—DFS)，在此子空间中进行量子信息处理能够有效的避免消相干。本文主要针对该量子避错方案，提出在此无消相干子空间中基于腔量子电动力学（QED）的物理体系来实现量子信息处理的物理方案，取得的主要成果如下：　　 （1）基于腔QED 系统提出了如何在无消相干空间中实现量子SWAP 门。本方案建立在单边泄漏腔的输入输出方程基础上，利用原子作为存储比特，光子作为飞行比特，当一个单光子脉冲和一个囚禁原子的高品质因子腔相互作用时，可以实现两原子的量子相位门，单逻辑比特的Hadamard 门和两逻辑比特的量子相位门，在此基础上，我们提出了如何实现一个逻辑比特和一个飞行比特间的量子信息SWAP 门方案。此方案不受原子退相位噪声的影响，且光子的损失只影响实验的成功率，不影响保真度。　　 （2）基于腔QED 系统提出了如何在无消相干空间中实现量子密集编码。用腔QED 系统实现量子信息的一个主要障碍是腔场的消相干，然而，在这个方案中，通过采用逻辑比特来对量子信息进行编码，消相干被有效的克服。此方案建立在单边泄漏腔的输入输出方程基础上，当通信一方对逻辑比特进行操作时，另一方可以利用逻辑比特的各种门操作来识别，从而达到了通过量子通道来传递经典信息，并且信道容量增大的目的。