量子信息是量子力学和信息科学相结合的产物,量子信息的发展有希望对信息处理过程、算法的问题、操控纳米量级的设备以及基础物理带来重大影响,它将改变我们对于原子量级世界理解的方式,使得量子世界变得更加熟悉和容易理解。　　操控和提取量子信息是构造量子计算机中的一个十分重要的任务。正如在经典计算机中一样,量子信息的复制也是必不可少的操作。但由于量子不可克隆定理和希尔伯特空间线性性的局限,我们不可能准确地复制任意未知量子态。所以人们将更多的精力放在近似克隆理论的工作中。本论文着重研究量子克隆及其远程克隆的理论,同时也提出了在实验上实现量子克隆和远程克隆的方案,取得如下成果:　　1.普适量子克隆及其远程克隆方案的研究　　(1)我们提出了一个实现1→2最优普适量子克隆的方案,该方案将三个超导比特固定在微波腔中,通过拉曼跃迁实现对这三个超导比特的控制。用这种方法,信息不需要在超导比特与腔场中传递,并且腔场处于虚激发,因此腔的衰减在整个克隆过程中得到抑制。另外我们的方案只利用超导比特的两个低能级,因此由自发辐射所导致的退相干效应也是非常小的。与原子和腔的系统相比较,超导比特有较长的消相干时间和容易级联等优势。所以我们的方案很可能在实验上实现。　　(2)我们提出了一个实现1→2最优普适量子远程克隆的方案。在这个方案中,实现了任意一个原子的量子态远程克隆到另两个原子上,更重要的是方案中的三个原子被分别束缚在三个分立的腔中。对于未来的量子计算机和量子通讯所需要的量子网络来说,信息需要在量子节点之间传递和复制。我们的方案所选用的量子纠缠通道是原子和光子相互纠缠的一个特殊的纠缠态。该方案利用了光子有较长的消相干时间并且容易实现单比特量子门,以及原子可作为信息储存的载体这些优势来实现量子远程克隆的方案。其次我们也呈现了光子和原子间的一个完全的贝尔态测量。　　2.相位协变量子克隆及其远程克隆方案的研究　　(1)我们提出1→3最优经济型相位协变量子克隆方案。这种类型的量子克隆机,是输入态振幅已知而相位未知,分布在Bloch球上的量子态。由于在量子克隆时不需要辅助粒子,所以称为经济的。在该方案中,我们不需要对每个原子精确寻址和分别操控以及操控光子和原子的作用时间,只需要对光学腔所泄漏的光子经行探测就可以确定克隆的成功与否。并且我们想得到的输出态是原子的两个低能级的叠加态,因此由自发辐射所导致退相干效应得到抑制。该文的新颖之处是恰到好处的利用了腔衰减这一劣势,并且利用测量辅助量子克隆的实现。　　(2)我们提出1→M经济型相位协变量子克隆方案。这种类型的量子克隆机,是输入态振幅已知而相位未知,分布在Bloch球上的量子态。在该方案中,我们不需要对每个原子精确寻址和分别操控以及操控光子和原子的作用时间。整个步骤十分简单,只需要将光子直接入射光学腔并探测被光学腔反射的光子即可确定克隆的成功与否。并且我们想得到的输出态是原子的两个低能级的叠加态,因此由自发辐射所导致退相干效应得到抑制。　　(3)我们利用腔QED提出了一个试验上可行的方案去实现1→2最优非对称经济型相位协变远程克隆。由于1→2最优非对称相位协变克隆的幺正变换是非对称性的。我们基于已有的幺正变换提出了一个新的也是完全等价的幺正变换。由于它的幺正变换是非对称性,远程量子克隆有别于建立在对称性的幺正变换基础上的远程量子克隆。并且,在方案中需有原子的Bell基测量,现已给出可以基于腔QED对原子Bell基的准确测量。因此,本方案有望在实验上实现。