有限维离散变量和无限维连续变量是两种不同的量子信息编码方式[1-2]。近年来,量子信息处理在离散变量[3-8]和连续变量[9-14]方面都取得了很大的进展。然而,这两种编码都有其优缺点[15-16]。在离散变量系统中,制备和操作量子态的保真度接近1,但事件总是概率性的。在连续变量中,量子态的制备和操作是确定性的,但量子态对损耗非常敏感。在此背景下,提出了混合纠缠的概念。混合纠缠结合了离散变量和连续变量的资源、操作和测量手段,可以完成一些单一编码方式无法完成的任务[17-18]。混合纠缠是目前量子信息领域的一个研究热点,一些前导性的研究已经被报道。2013年,日本东京大学的Shuntaro Takeda等人[19]利用连续/离散变量混合操作的方式在实验上演示了离散变量量子比特的确定性隐形传态;随后,他们又实现了离散变量和连续变量之间的纠缠交换。2016年,瑞士日内瓦大学的Alexey Tiranov等人[20]在实验上观测到了微观单光子和宏观原子系综之间的量子关联。2014年,法国巴黎高师的Olivier Morin等人[21]和意大利国家光学研究所的Hyunseok Jeong等人[22]分别利用“减光子”和“加光子”的方法实现了离散变量和连续变量的混合纠缠。离散变量和连续变量的混合纠缠是构建混合型量子界面的基础,在量子通讯和量子计算方面有潜在的应用价值[23-24]。本文围绕混合纠缠开展了一些研究工作。光学“薛定谔”猫态,即相干叠加态,可以用作连续变量的量子比特,是混合纠缠制备中不可或缺的资源。光学“薛定谔”猫态可以通过压缩真空态减光子的方法来制备[25-28]。我们首先开展了 795nm压缩真空态产生的实验研究,795nm对应铷原子的D1跃迁线,这个波段非经典态的制备为以后量子中继提供基础。然后我们对已产生的连续/离散混合纠缠[29-30]进行了分析,发现其中所用的离散量子比特为真空态和单光子态的叠加态,这种单轨的量子编码对损耗敏感,不利于实际应用。我们提出了一种偏振量子比特和相干叠加态混合纠缠的产生方案,这个方案中偏振量子比特是双轨编码,可以有效地抵抗传输中的损耗和探测的低效率。本论文主要内容包括:1.通过光学参量振荡腔(OPO),生成了 795nm(铷原子D1线)的真空压缩态光场。我们利用OPO腔,在不同输出腔镜的情况下对真空压缩态光场进行了测量,目前我们的实验系统中测量到的最高压缩度为-3 dB和4 dB反压缩度。在已经产生的真空压缩态的基础上,我们对光学“薛定谔”猫态相空间的Wigner函数进行了理论模拟,发现Wigner函数的特性是在相空间原点呈现明显负性,我们的工作将为原子波段光学“薛定谔”猫态的制备提供基础。2.我们提出了一个偏振量子比特和相干态之间的混合纠缠产生方案。在该方案中,利用相干叠加态和偏振纠缠光子对之间的干涉来擦除路径信息,产生混合纠缠。由于偏振量子比特有两个垂直偏振成分,所以我们设计了两组具有垂直偏振的干涉装置,通过两组干涉装置的联合输出来预言混合纠缠的产生。我们理论计算了在非理想条件下偏振混合纠缠的保真度和成功几率,这些非理想条件包括低效率“on-off’单光子探测器的使用和可用的近似源作为输入态。理论分析表明,在实际实验条件下,制备混合纠缠(αf≤1)的保真度可以保持在较高的水平。