量子信息学是一门整合了量子力学和现代信息科学的新兴交叉学科,它在量子计算与量子通信方面有很广泛的应用。量子纠缠是量子信息学的核心部分,它为有效地实现量子通信和量子计算提供了重要的资源。目前为止,科学家们已经能够在多种物理系统中实现各种量子纠缠态的制备和操控。其中,电路量子电动力学(QED)系统作为一种宏观固态量子系统,有很大的潜力。相较于微观的量子系统(腔QED系统、离子阱系统等),电路QED系统具有良好的可扩展性和可操作性,它是最有希望实现量子计算与量子通信的物理系统之一。基于电路QED系统,本文提出三个在分离谐振腔中一步制备N比特W态的方案。主要内容如下:第一章,主要介绍了量子纠缠态和电路QED系统的相关理论。首先,介绍了量子纠缠的背景知识,包括量子纠缠的定义、常见的几种纠缠态的特征和性质及纠缠态在量子信息中的相关应用。然后,简述了电路QED系统的构成。介绍了超导比特、电路腔的分类及它们的物理原理。第二章,主要研究了基于共振相互作用制备N比特W态的问题。该方案中,整个操作过程不需要施加任何的经典驱动脉冲。由于超导比特和谐振腔之间可以很容易地实现强耦合作用,整个系统的演化时间非常短,且演化时间不会随着超导比特数目的增加而增加。数值模拟的结果显示:腔模的衰减引起的消相干很小,该方案可以得到一个很高的保真度。第三章,主要研究了利用非共振相互作用制备N个超导比特的W态的问题。该方案也不需要应用经典驱动脉冲。数值模拟的结果显示:在考虑所有的消相干因素之后,该方案存在一个合理的失谐范围,来获得高的保真度;该方案适用于粒子数较少的高保真度的W态的制备。第四章,主要研究了利用绝热演化的方法来实现N个超导比特的W态制备的问题。基于绝热方法,在整个操作过程中,该方案无需精确控制经典场的拉比频率和演化时间。另外,腔场的衰减和能量弛豫引起的消相干可以近似地被忽略。最后,我们对整体的研究过程和结论做了一个总结,并且提出了展望。