量子绝热近似理论在量子力学中有着至关重要的地位,并在各个量子领域有着广泛的应用,例如:在量子理论和量子信息科学技术学中,绝热近似理论解决了很多棘手的问题。但是由于量子退相干、环境噪声和系统误差等这些不可避免的因素始终存在于绝热过程中,并且绝热过程本身就存在一系列的缓慢变化的物理过程,所以量子态的操控结果将受到这些不必要因素极大的影响。为此,人们将目光放在了寻找可以获得绝热过程相同效果的加快量子绝热过程方法,来达到可以稳定地制备高保真的量子态。本文利用量子不变量及其反控制法研究了四能级Λ型系统中相干叠加态制备的超快非绝热操控,并针对环境噪声和系统误差设计了最优化的方案来提高相干叠加态的制备的稳定性。在此篇论文中我主要讲述了以下三点:1.本文介绍了利用绝热捷径技术制备相干叠加态的发展历程以及现阶段所处的发展地位和在实际中的一些应用。一般来说,绝热捷径是为了解决绝热过程缓慢的问题,过长的绝热过程中的退相干会严重影响实验结果的准确性。绝热捷径就是用辅助哈密顿量来消除绝热演化过程中产生的非绝热效应的一种方法。本文中大致介绍了无摩擦动力学、量子不变量动力学以及最优化理论在二能级和三能级中的简单应用,对比分析他们的利弊。2.本文里利用量子不变量动力学理论研究了在二能级原子系统中的加快量子绝热捷径实现量子相干叠加态的制备。通过设计含时的动力学不变量利用反控制方法设计出含时哈密顿量以实现布居数完全转移,并结合含时微扰理论,针对相位噪声和系统误差进行最优化设计。并将此法推广至三能级原子系统通过动力学不变量方法实现了布居数的完全转移,达到了量子态的操控。3.本文将量子不变量动力学理论的研究推广到四能级原子系统中加快绝热捷径实现量子相干叠加态的制备。结果表明动力学不变量理论通过选择合适缀饰态作为演化路径,运用动力学不变量加速绝热演化过程,借助最优化理论消除系统误差,快速获得目标态从而达到相干叠加态的快速制备。