La détection directe des ondes gravitationnelles par de grands détecteurs interférométriques fait l'objet d'un effort international très intense. Au delà des signaux recherchés par ces détecteurs, l'existence de fonds d'ondes gravitationnelles s'étalant sur une large plage de fréquences est prédite par les modèles astrophysiques et cosmologiques décrivant l'Univers. Ces fonds d'ondes gravitationnelles sont un élément important de notre environnement gravitationnel. Dans cette thèse, on étudie leur effet sur les propriétés de cohérence des systèmes physiques. Cette interaction est à l'origine d'une décohérence que l'on étudie théoriquement à l'aide de la fonctionnelle d'influence de Feynman-Vernon. L'effet est petit pour des systèmes microscopiques comme des atomes ou des photons circulant dans des interféromètres, mais il devient dominant pour les systèmes macroscopiques comme par exemple le mouvement du centre de masse de la Lune. Au vu de ces résultats, il est important de se demander si cette décohérence gravitationnelle pourrait être mise en évidence expérimentalement à l'aide par exemple d'un système mésoscopique dont on pourrait suivre la perte de cohérence. Cette question correspond à un modèle complètement calculable de transition classique-quantique induite par les fluctuations intrinsèques de l'espace-temps.
La première partie de cette thèse est consacrée à l'élaboration théorique de processus adiabatiques permettant l'implémentation de portes logiques quantiques, les constituants élémentaires des ordinateurs quantiques, par l'interaction de champs laser impulsionnels avec des atomes. L'utilisation de techniques adiabatiques permet des implémentations robustes, i.e. insensibles aux fluctuations des paramètres expérimentaux. Les processus décrits dans cette thèse ne nécessitent que le contrôle précis des polarisations et des phases relatives des champs lasers. Ces processus permettent l'implémentation d'un ensemble universel de portes quantiques, autorisant l'implémentation de toute autre porte quantique par combinaisons. La seconde partie de cette thèse concerne les effets de la décohérence par déphasage sur le passage adiabatique. La formule de probabilité de transition d'un système à deux niveaux tenant compte de ces effets décohérents est établie. Cette formule est valable dans les différents régimes, diabatique et adiabatique, et permet d'établir les paramètres de trajectoires elliptiques optimisant le transfert de population.