光通信相对于无线通讯等其他通讯手段来说,是一种非常具有优势的通信手段。光通信具有通信容量大,信号衰减小以及保密性好等无与伦比的优势。然而,与传统的光通信相比,量子通信最大的优势在于最具安全性。量子通讯作为一种新型的具有发展潜力的保密通讯方式,在国家安全等方面具有重要意义。在量子通讯中,单光子具有最低的光子数量且能量不能再分割,并且单光子可以加载偏振等信息,因此,在量子通讯中,单光子成为一种重要的通信载体。随着对各种非线性光学介质尤其是原子系综、量子点等新型单光子源平台的开发,单光子的制备和调控在近20年来得到了快速的发展。另一方面,对于单磁子的研究在凝聚态物理领域从不间断。至目前为止,对于磁子的研究依然是一个重要的课题。而原子自旋波在进行量子化处理后也可作为一种原子内部的准磁子。单光子与原子系综中的原子自旋波相互作用,其实就是单光子与原子系综中的基态和相干激发态之间的相互作用,对它的研究对实现有效的量子中继、量子存储器有重要的物理意义。本论文的工作主要研究的是单光子与单原子磁子在冷原子系综中的直接干涉。我们在冷原子系统形成的非厄米的光学分束器中,通过调节耦合光与探测光失谐或者耦合光与anti-Stokes光的失谐,实现了不同情况下光与原子自旋波的干涉。在利用相干光模拟单光子的实验中,我们实现了模拟单光子与单个原子自旋波的干涉,并且通过控制入射光的相对相位以及光学分数器的内禀相位,实现了对控制光学分束器输出端相对相位的控制,实现了从Hong-Ou-Mandel凹陷到凸起的调控。并且我们发现通过控制注入光的相对相位,HOM干涉达到了模拟的量子水平,这为进一步研究利用相位控制相干光水平的量子通信以及量子效应提供一种思路以及参考。在真正的单光子与单个原子自旋波的干涉实验中,利用磁光阱囚禁的两套冷原子系统,我们实现了真正的单光子与单个原子自旋波的干涉,发现了单光子与单个原子自旋波干涉,不仅存在聚束效应,还存在反聚束效应。这对单光子与单个磁子的研究有重要意义。