量子信息科学试图利用量子层面的能力来实现在经典层面不可能实现的任务。量子信息科学已经为实现量子计算和量子通信所需的物理资源奠定了充分的条件,但是人们对量子测量,并利用量子测量来完成各种任务的能力还没有更深的理解。在这方面,一个重要的进展是段路明等人提出的DLCZ方案,为实现长距离量子通信和量子网络上的纠缠分布奠定了基础。DLCZ的理论方案是一种基于单光子探测原子纠缠的概率方案,在单光子探测中,光子源本质上是不可分辨的,并且通过量子中继器结构在远距离之间建立起纠缠。DLCZ方案具有内置的量子存储功能并且在完成量子存储和纠缠交换以后对量子态进行纠缠纯化,完全可以在当前的实验范围内实现,并且实现了与以前更复杂的方案相同的目标。在该方案提出后,基于原子系综的量子中继方案受到了广泛的关注,利用自发Raman散射过程产生光与原子纠缠源,释放一个光子的同时将一个自旋波储存在原子系综中。随后通过读取该自旋波,并将该自旋波转化为光子进行探测,从而实现两个光子之间的纠缠。本文主要介绍了量子信息的相关概念,87 Rb冷原子系综的制备和基于87 Rb冷原子系综光与原子纠缠源的制备,在该纠缠源的制备过程中,读出效率是影响纠缠质量的一个重要因素,我们测量了两种读光频率下读出效率随着存储时间和读光功率的变化以及Bell参量s随着存储时间的变化。最后为了提高在量子中继中的中继速率,我们提出了时间复用光与原子纠缠源方案。本文主要内容有:(1)首先介绍了量子中继方案的相关概念和复用量子中继方案的提出和实现,然后介绍了如何利用磁光阱技术制备87 Rb冷原子团,将该冷原子团作为量子节点。最后介绍了如何制备光与原子纠缠源,以及评判纠缠源的质量。(2)基于87Rb冷原子系综,利用自发Raman散射过程,通过两束对打的写读光,产生了一个光与原子纠缠源。基于该纠缠源,在写光频率相同的情况下通过选择两个不同的跃迁频率的读光对存储的自旋波进行读出,在两种不同读光频率下测量了读出效率以及Bell参数s值。读出效率得到显著的提高,同时伴随着Bell参数s值的下降。从定性和定量的角度分析了两种读出跃迁频率与原子的相互作用,理论和实验结果基本吻合。(3)为了提高在中继方案中的中继速率,我们实现了一个时间复用的光与原子纠缠源。通过声光网络系统19路写光不同角度的作用原子,通过自发Raman散射过程在其中任一方向产生一个Stokes光子,同时将一个自旋波存储在原子中,利用FPGA前馈控制声光网络系统在对应方向发出读光,将存储在原子中的自旋波转化成Anti-stokes光子,并与Stokes光子进行符合计数。我们制备的时间复用纠缠源与单一模式纠缠源相比,Stokes和Anti-stokes光子的产生几率均有了近19倍的增加。测量了复用纠缠源Bell参数是值为2.30±0.02,相比单一模式纠缠源来说有显著的降低。这是由于多路时间复用纠缠源19路写光作用原子时,很多不需要的自旋波存储在原子中引入的噪声引起的。(4)总结了本文的研究工作,并提出了下一步的研究计划:1.为了降低时间多模量子中继方案中噪声的影响,我们在后续的实验中提出了一个构想,在原子系综中加入一个中精细度两镜腔;2.在实现19路时间复用纠缠源的基础上,结合第一章提到的空间复用纠缠源,我们打算制备一个m × n的时空复用纠缠源,实现多个模式的高效率光与原子纠缠源。