量子中继器是构建大尺度量子网络,实现长距离量子通讯行之有效的工具。光与原子量子记忆（自旋波存储）纠缠源是实现量子中继的基本元件。近20年来围绕冷原子系综的光量子存储取得了极大的进步。实用化的量子中继要求量子存储具有大的多模存储能力,长存储寿命以及高存储效率等3个重要的指标。本文基于Duan-Lukin-Cirac-Zoller（DLCZ）量子存储方案,我们开展了一系列的研究工作,具体工作包括:（1）在87Rb冷原子系综中,通过自发拉曼散射过程产生光与原子纠缠。探究了读光功率和原子光学厚度（OD）对读出效率的影响,对读出效率进行了优化。在此基础上,研究了光与原子纠缠质量（Bell参量）随读出效率的变化关系:Bell参量S值随读出效率的增加而增加;当恢复效率增长至5%时,纠缠质量增加不明显。进一步分析显示读出效率与噪声水平相关,信噪比越高纠缠质量越高。（2）实验上建立了毫秒量级的量子存储并且演示了自旋波确定性产生和部分读出。实现了在给定时间（～730微秒）内产生单个自旋波的概率近似于1（～99.6%）。这种确定性的产生依赖于反馈式毫秒量级的量子存储。通过前后两个读光脉冲对自旋波进行部分读出操作。实验上通过先应用第一个读光脉冲将自旋波部分读出,然后剩余的自旋波通过第二个读脉冲完全恢复。同时,我们测量了两次读出信号之间的反关联函数。结果表明,部分读出的操作处于量子区域。（3）建立了空间多模长寿命的光与原子纠缠源。实验上,通过使用近共线配置和选取磁不敏感自旋波,并采用一个相位稳定的偏振干涉仪对冷原子DLCZ过程中的多模光量子比特进行编码,产生了长寿命、空间多模光与原子量子纠缠。该多模复用的量子纠缠界面可以同时存储3个长寿命的自旋波量子比特。利用前馈控制系统,我们演示了光与原子纠缠的倍增产生,产生速率是单路量子界面的3倍。实验测得倍增量子纠缠界面的贝尔参数为2.51±0.01,存储寿命为1毫秒。这项工作是实现基于光纤远程量子通信的有效途径。（4）在87Rb冷原子系综中,利用光学环形腔增强光与原子相互作用,使光子和原子自旋波关联对的产生率增加了3.8倍。同时,我们研究了光学腔对原子自旋波读出效率的影响。结果表明,恢复效率增强了1.5倍,其本质恢复效率达到40.6%。本论文围绕光与原子纠缠和量子存储,在冷原子系综中实现了量子记忆的长寿命存储,自旋波的确定性产生,建立了空间多模、长寿命纠缠源。这些工作为实现长距离量子通信、分布式量子计算以及量子中继提供了实验基础。