本文在相对论框架下,讨论了量子探测的理论研究及超导量子电路的应用。相对论量子信息学是近年来兴起的一个前沿且热门的交叉学科,其理论框架根植于相对论、量子力学、量子场论、信息学等等。该学科研究的主要内容包括:相对论运动和效应对量子体系的影响,弯曲时空的结构和性质对量子资源的影响,以及探讨如何利用量子信息中前沿的技术方法探测时空。相对论量子信息学的发展具有深远的意义,从理论上而言,这一学科是量子信息理论的重要分支。相对论理论与量子信息学的融合,进一步拓展了量子信息学,同时也推动了相对论和其它引力理论的发展。另一方面,从实验上来说,该领域的研究为弯曲时空的探测提供了创造性的方法和思路。本文在非惯性系和弯曲时空的背景下,以相对论理论为框架,利用开放量子系统的方法,进行了量子探测的理论研究,主要涉及量子估测、两能级原子的几何相位。随后,我们进一步拓展到应用领域,基于当前热门的超导量子电路的研究,设计了超导量子电路及实验方案模拟非惯性孤子。在读博期间完成的主要工作如下:首先,我们以一个作匀速率圆周运动的两能级原子为探测器,讨论了该探测器与标量场耦合时,其相位参数的量子Fisher信息（QFI）,分析了通过加上边界条件来提高两能级原子相位参数的估计精度,研究发现:（i）在没有边界的情况下,相位参数的QFI随着演化时间的推移而减小,且QFI随着向心加速度的增大而减小;（ii）在有边界存在的情况下,QFI随着探测器与边界的距离的变化而振荡,当我们选取合适的位置时,QFI较之无边界的情况,衰减幅度相对缓慢,因此与没有边界的情况相比,QFI明显提高了;（iii）当探测器非常靠近边界时,通过选取合适的向心加速度,QFI趋近1,这说明通过边界效应,真空涨落的影响几乎被屏蔽了。接下来,我们致力于探测宇宙弦时空的拓扑结构。由于这类时空的拓扑结构可以通过亏角参数来描述,我们将一个耦合到标量场的两能级原子作为探测器来探测该参数。为了解决其可估计性的量子约束,我们研究了它的QFI,并得到:（i）亏角参数的QFI在探测器初始态为激发态时趋于最大值,这说明激发态是最好的探测初始态;（ii）探测过程存在最佳探测时间;（iii）QFI的最大值随着加速度的增大而减小,这说明在估测亏角参数时惯性探测器比匀加速探测器更好。因此,我们提供了一种探测宇宙弦时空拓扑结构的可能的方法。随后,我们利用一个匀加速的两能级原子作为探测器来探测宇宙弦时空,研究了该原子的几何相位是如何被宇宙弦时空的拓扑特征所改变的,并将其与Minkowski时空进行了比较。由于给出宇宙弦时空中几何相位的一般解析表达式是非常困难的,我们讨论一些具体的例子以获得解析结果,发现:（i）亏角参数等于1时,几何相退化到了平直时空的结果;（ii）亏角参数大于1的情况:首先,我们讨论了原子非常接近弦的情况,并将结果与Minkowski时空的情况进行比较,我们发现几何相位几乎与原子在Minkowski真空中匀加速的情况相同,只是多了一个亏角参数。其次,亏角参数为2时,我们得到此时的几何相与在Minkowski时空中具有一个边界的匀加速原子的几何相相似。因此,我们的结果表明,非平凡拓扑对宇宙弦时空几何相位的影响类似于在Minkowski时空中边界对几何相位的影响。最后,我们讨论了超导量子电路的应用。由于介质的不均匀性和耦合作用产生的噪声,孤子表现出复杂的变化形态,对于质量可变的孤子,其运动通常是非惯性的,因此在实验中直接研究非均匀介质中孤子的行为是相对困难的。我们致力于使用超导量子相干电路（SQUID）模拟变质量孤子的行为,因为我们发现可以通过调节外部通量来控制该电路,从而实现模拟孤子行为的目的。我们模拟了以下四种孤子:i)对于质量为m=m0（x2-t2）的孤子,模拟结果显示孤子随时间和空间的变化有一个有趣的平坦面。在短时间间隔限制下,上述孤子表现出明显的平坦性。ii)对于质量为m=2m0cosαq（x±t）的孤子,模拟结果显示随着时间和空间的变化孤子呈现振荡。iii)对于质量为m=m0（2 cos q（x+t）cos q（x-t））α/2的孤子,在短时间间隔限制（t→0）下得到m（x）≈（?）0（cos qx）α,孤子有规律地振荡。类似地,对于小空间间隔限制（x→0）,孤子随时间有规律地振荡。iv)对于质量为m=m0eρ（x-x）0的孤子,模拟结果显示孤子先随时间和空间变化,最后趋于不变。超导量子传输线可以有效地降低耦合噪声,使孤子的探测更加有效,从而使实际非均匀系统的描述更加清晰。