Coherent control of single- and few-qubit systems is proposed and demonstrated in this dissertation. Robust qubit preparation against laser power fluctuation is achieved by a single, ultrafast shaped--laser pulse in a neutral atom ensemble. In addition, control of the quantum states through quantum inference is governed by sequential ultrafast laser pulses. Constructive and destructive interference in the qubit and leakage states achieve leakage--suppressed qubit control. Finally, quantum entanglement is controlled by Rydberg interaction in two- or three-atom systems. Interatomic distance and interaction time control the quantum entanglement via Rydberg interaction.
단일 혹은 몇 개의 중성원자로 이루어진 양자계 제어를 위한 결맞음 제어 방법을 이론적으로 고안하고, 실험적으로 구현하였다. 초고속 레이저로 제어되는 중선 원자 앙상블의 제어에서, 단일 펄스의 형태 조절을 이용해 레이저 세기 변화에 강인한 큐비트 상태 준비를 구현하였다. 더불어 순차적인 초고속 레이저 펄스로 양자 상태의 간섭을 조절하여 누출을 억제하는 양자 상태 제어를 고안하였다. 큐비트 상태에 대한 보강 간섭과 누출 상태에 대한 상쇄 간섭은 누출이 억제된 큐비트 제어를 달성한다. 이어서 두 개 혹은 세 개로 이루어진 중성 원자 계에서 리드버그 상호작용을 이용해 양자 얽힘을 제어하였다. 리드버그 상호작용이 주는 추가적인 양자 위상은 두 원자 사이의 거리 혹은 상호작용 시간에 따라 양자 얽힘을 변화시킨다.
