量子信息学是一门以量子力学的态叠加原理为基础的前沿学科,它以蓬勃发展的态势受到国际学术界的高度重视。量子信息的载体是量子纠缠态,量子纠缠态操作的一种有效途径是绝热方法,它的物理机制是利用外部含时变化的驱动源缓慢地驱动量子系统的演化。绝热方法的优势在于它对实验参数的起伏相对不敏感,而且也不需要严格地控制演化时间。而腔量子电动力学系统(腔QED系统)作为储存和转化能量的重要媒介,是一个成熟且有效的系统。在腔QED系统中寻求满足绝热条件的最优参数是基于腔QED系统利用绝热技术实现量子纠缠态制备和操作的前提和关键。另外,绝热方法通常需要一个比较长的演化时间,而过长的演化时间将使系统消相干和耗散的影响急剧增加,从而使得绝热方案劣化甚至失效。因此,对传统的绝热过程进行加速从而抑制系统消相干和耗散的影响是现阶段绝热技术研究领域中一个亟待解决的关键问题。本论文基于腔QED系统对传统绝热方案中的脉冲参数以及所需的演化时间进行优化以实现量子纠缠态的制备和操作。本文主要内容如下：第一章,主要介绍了绝热演化以及绝热优化的研究背景和定义,本章的末尾介绍了本文的主要研究内容和结构。第二章,主要研究了在光学腔中基于绝热过程制备三原子单重态的问题。根据绝热条件解析地求解出了一个满足该模型的脉冲参数最优范围,并通过数值模拟进行验证。数值模拟的结果也验证了我们的方案具有绝热过程的优点,即单重态的保真度对演化总时间的浮动不敏感以及受消相干的影响较小。第三章,主要研究了在腔QED系统中利用不变反向驱动方法实现两原子系统的快速布居数转移的问题。该方案利用腔场作为光子交换的媒介,首次实现了加速方法在多原子系统中的应用。数值模拟结果表明该方案能成功地实现量子布居数转移过程中的鲁棒性和高效性的结合。第四章,主要研究了在腔QED系统中利用无跃迁量子寻迹算符实现两原子之间的快速布居数转移及最大纠缠态制备的问题。该方案解析地推导出了囚禁于单个腔中双原子系统的反绝热哈密顿,并根据腔QED系统的大失谐相互作用设计出优化的外部驱动源和可靠的实验模型。最后我们结合数值模拟的结果讨论了加速的效果以及消相干作用对系统的影响。最后给出了全文的总结与展望。