量子计算作为物理科学和计算机科学的交叉学科，在最近十几年来发展迅速。很多物理体系都被用来构建量子计算系统，其中囚禁在离子阱中的冷离子具有囚禁时间长，相干时间长，可扩展等优点成为其中最有希望实现大规模量子计算的体系之一。　　 本文主要介绍我们搭建的线形离子阱系统，以及在该系统中实现了一排冷离子的囚禁和操控。线形离子阱系统包括线形Paul阱，真空系统，射频源，激光系统，离子荧光采集系统和计算机控制系统。　　 40Ca+离子被囚禁在线形阱中之后，我们利用397 nm和866 nm激光实现离子的Doppler冷却。离子发出的荧光通过两个成像系统分别到达光电倍增管和电子倍增CCD。光电倍增管可以给出离子的荧光线形，电子倍增CCD可以给出离子的影像。根据观察到的离子的位置和荧光线形来调节补偿电压可以初步的减小离子的额外微运动，从而提高冷却效率和增大囚禁时间。　　 对于大量离子组成的离子云，我们测量了其电荷密度以及宏运动频率。电荷密度的测量有助于我们理解离子云和囚禁势的特性，有助于我们最终得到离子晶体。宏运动频率的测量有助于我们了解线形阱的几何结构因子，有助于我们得到离子的Doppler冷却极限和量子门操作速度等实验参数。我们明确和更正了以往关于线形离子阱轴向囚禁势概念的模糊，并且实验验证了我们的设想。　　 在充分理解了离子云的特性之后，我们观察到了从离子云到离子晶体的相变，实现了一排冷离子的囚禁。对于单个离子，通过729 nm四级跃迁激光的作用，我们观察到了其量子跳跃。　　 最后我们提出了一个减少了激光器数量和降低了实验难度的新的Doppler冷却和边带冷却方案。在完成此冷却方案的基础上，提出了新的单光子制备方案和量子门操作方案。此外，我们还从理论上探讨了一些基于囚禁离子的实验方案，包括：利用核自旋编码量子比特；模拟量子Kicked top模型；设计Grover算法解决SAT问题；Cluster态的快速制备以及离子加热效应的研究等。