量子信息学，作为量子力学和信息科学结合而产生的一门新兴学科，已经吸引了科学家们大量的关注，并且在理论方面和实验方面都有了很大的进展。对于一个量子信息处理任务，对编码的量子态进行幺正操作是必须的，这可以利用量子逻辑门来实现，所以，量子逻辑门对于量子信息处理是非常重要的。另一方面，实验上我们需要找到合适的物理体系来实现量子信息处理。目前有可能实现量子信息处理的物理体系主要有腔量子电动力学(腔QED)、金刚石氮-空位(NV)体系、超导约瑟夫森结体系等。对于量子信息处理，每一种体系都有其优点和缺陷。其中，氮-空位系统由于其在室温下也有较长的相干时间，而且可以使用外部磁场或者光脉冲来操控，逐渐成为近年研究的热点。　　本文首先研究金刚石氮-空位中心耦合于微环谐振器系统在无消相干子空间内的输入输出过程，实现一个混合受控相位门，利用这个门实现纠缠态制备和量子态转移。我们的方案仅要求中度耦合和低-Q腔条件，这降低了实验难度。由于在无消相干子空间内进行操作，这个方案对于整体消相位是鲁棒的。然后，基于金刚石氮-空位中心耦合于超导通量量子比特的系统，利用一个与通量量子比特不耦合的附加能级，实现量子受控相位反转门，利用此门实现团簇态的制备。利用氮-空位系综而非氮-空位中心，使得操作时间减短了。分析结果表明，在特定的时间，这个量子门的保真度可以达到很高的值。最后，基于金刚石氮-空位中心耦合于光子晶格腔的系统，实现量子i SWAP门，并且设计量子线路和实验方案来实现高效的量子克隆。这个方案可以实现最优的非对称(对称)1→2通用量子克隆，最优对称经济型1→3相位协变量子克隆以及最优的非对称(对称)实态量子克隆。分析结果表明，这个方案对于腔衰退和氮-空位中心的自发辐射是不敏感的。以上这些方案都是可拓展的，并且在现有的实验条件下是可实现的，因此对基于金刚石氮-空位系统的量子通信和量子计算具有重要的参考价值，并且为将来实现基于固态系统的量子信息处理提供了坚实的理论依据。