量子计算是基于量子力学规律对量子信息单元进行操控的一种新型计算模式,具有运算速度快、运算容量大等优势。实用化量子计算需要大规模量子逻辑门,但是退相干等问题限制了其发展。除误差修正外,分布式量子逻辑门可以很好地解决这一问题。分布式量子逻辑门是将大规模的量子逻辑门转化为若干个量子模块,每一个量子模块可以实现基本的量子信息的存储和处理,再将多个量子模块连接起来实现大规模量子逻辑门的任务。高性能的量子存储是实现分布式量子逻辑门的基础,能够存储高保真度的量子信息。高效率量子存储可以保证量子信息被最大限度地进行保存;存储过程中引入的额外噪声越低,量子信息的精确度越高。高保真度量子存储需要同时提高量子存储的存储效率,减少存储过程中的额外噪声使其接近量子噪声水平。光学谐振腔不仅能够增强光和原子的相互作用,而且可以抑制存储噪声。因此,我们提出了腔增强量子存储的方案,并结合优化时间模式的方法实现了超越经典极限的高保真度量子存储;在此基础上又研究了腔增强量子存储在量子导引网络中的应用。我们的主要研究内容是:1.基于电磁感应透明效应的存储机制,在理论上提出了腔增强量子存储的实验方案;利用光学谐振腔增强了光和原子的相互作用,并结合时间模式反演对称理论,优化了信号光的时间模式,提高了存储效率;同时利用谐振腔抑制了四波混频噪声,降低了存储过程中的额外噪声;进一步分析存储保真度。2.根据实验方案设计了相应的实验装置,在实验上搭建了腔增强量子存储的实验系统。利用光学谐振腔增强光和原子的相互作用,并优化了信号光的时间模式,对信号光进行100ns的存储,存储效率达到78%。利用谐振腔的模式与特定频率光场共振的特性,通过调节谐振腔的腔长,使信号光和腔模共振,噪声光场和腔模非共振,从而对存储过程中的额外噪声进行抑制。对存储释放光场不同正交分量的噪声进行测量,额外噪声达到了量子噪声水平。在高效率和低噪声的情况下,对信号光的保真度进行了测量和分析。保真度基准是经典存储保真度的最大值,测得不同平均光子数（0.6,2.0,4.0,6.0,8.0）信号光的平均保真度大于相应的保真度基准;随着存储时间的增加,对于平均光子数为n=0.6的信号光,其平均保真度一直高于保真度基准。由此可以证明腔增强量子存储系统工作在量子区域。3.将腔增强量子存储的方案应用于量子导引网络,提出了多个量子节点之间量子导引的产生、存储和操控方案。将腔增强量子存储系统与三组份纠缠态光场结合,可以在三个原子系综之间实现量子导引的操控,并分析原子系综的温度等参数对量子导引能力的影响。研究内容的主要创新点是:1.在理论上提出了腔增强量子存储的实验方案,利用光学谐振腔和时间模式反演对称理论,解決了量子存储中同吋提高效率和抑制噪声的问题,构建了高保真度的量子存储器。2.在实验上搭建了腔增强量子存储系统。将热原子系综置于谐振腔中,信号光在腔内多次振荡,增加了光和原子的相互作用,提高了光学厚度;同时对信号光的时间模式进行优化,将这两种技术结合起来提高了存储效率。在量子存储的过程中,主要的噪声来源是较强功率的控制光与原子作用时引入的四波混频噪声。通过对谐振腔选取合适的腔长,抑制了四波混频噪声。在高效率和低噪声的情况下,对信号光的平均保真度进行分析,不同平均光子数信号光的平均保真度大于保真度基准。最终实现了高效率、低噪声和高保真度的量子存储。3.多个远距离量子节点之间的量子导引是非对称量子信息网络的关键因素。基于腔增强量子存储的方法,提出了在多个原子系综构成的量子节点之间实现确定性量子导引的操控方案。