干涉仪在量子信息科学中的应用十分广泛,可用于量子纠缠、量子精密测量、量子通信等研究方向。随着“墨子号”量子科学实验卫星的发射,传统的量子物理技术正朝着星地量子通信的应用方向上发展。传统的干涉仪大多采用空间光学器件搭建而成,在稳定性、集成度和可见度等方面都难以适应于远距离的星地量子物理实验。本论文针对高稳定干涉仪这一技术难题进行研究,针对大气湍流特点,对干涉仪进行详细的理论分析和方案设计,创新性地采用全熔融石英的一体化粘接技术制作出高稳定干涉仪。该干涉仪可维持可见度＞97.5%长达数天,具有很好的鲁棒性。该干涉仪解决了远距离的光子干涉的技术瓶颈,为星地链路下的多项量子物理实验的开展铺垫了道路。本论文介绍了该高稳定干涉仪在星地量子物理实验中的应用。本论文利用高稳定干涉仪,并借助墨子号卫星的纠缠分发,首次实现了地球上相距1200 km两地的量子态传输的实验演示,向全球化量子网络和量子通信迈出重要一步。本论文提出了将干涉仪结合卫星技术进行延迟选择的量子擦除的实验方案,来开展空间大尺度的量子物理基本问题检验。另外,本论文还研究了面向远距离量子干涉的纠缠源,旨在拓展干涉仪的应用场景,实现大尺度的复杂量子信息处理过程。本文的主要创新之处在于:1.开发了一体化光粘工艺,攻克了高稳定的干涉仪关键技术,解决了远距离的光子干涉难题。2.利用高稳定干涉仪和墨子号纠缠分发,完成了 1200 km的量子态传输实验,实现量子态传输距离的突破。