量子纠缠是量子信息中最重要的一种资源，随着量子信息技术的发展，量子纠缠的制备，控制和测量技术都日趋成熟。然而现有量子纠缠的研究主要集中在二维空间内（qubit系统），对于高维纠缠的研究还处于初级阶段，高维量子系统相对于二维的系统有很多的优势;　　1、高维系统的单个物理比特信息的容量更大。　　2、系统维度越高被成功克隆的概率就越低，量子通信的保密度越好。　　3、高维系统有更大的局域实在论的违背，可以抵御更多的噪音。　　并且在高维系统内，一些物理现象与低维系统完全不同，所以对于高维纠缠的研究变的越来越重要。现在用来制备高维纠缠的物理系统主要有，轨道角动量高维纠缠，time-bin高维纠缠和路径高维纠缠，这几种系统各有优缺点。在本篇论文中，主要介绍了我在读博期间发展的基于BD干涉仪路径偏振混合高维纠缠系统及这种系统在量子信息领域的应用。我们制备的这套高维纠缠系统相对于其他的系统有许多的优势，并利用这些优势完成一些量子力学基本原理的验证和量子信息的任务:　　1、相对于其他系统的高维纠缠，我们制备的高维纠缠保真度非常高，三维纠缠0.995，四维纠缠0.990。许多量子力学基本原理验证需要非常高的保真度，所以我们利用了这种优势完成了无兼容漏洞的量子互文关系的验证。　　2、可以对高维系统进行任意的幺正操作。路径和偏振自由度可以很容易的通过偏振器件相互转换，所以可以将高维空间投影到二维的子空间从而完成任意的幺正操作。量子密集编码的任务需要Bell态之间的不断转换，所以需要一些特定的门操作，我们利用幺正操作的便利，首次实现了高维的量子密集编码。　　3、可以完成任意的高维的POVM测量。对于一些特殊的Bell不等式的验证需要任意的POVM测量，而这对于轨道角动量等其他的高维自由度是非常困难的，我们利用这点优势完成了强于二值关联的验证，证明了我们无法用二值出口的关联来描述多出口的关联。　　4、可以将二维纠缠通过后选择的方法变成高维纠缠，这种高维纠缠非常有利于自由空间内的操作。利用后选择的纠缠源我们完成了探索量子互文关系和量子非局域性联系的实验，我们在四维空间内通过局域的量子互文关系观测到了量子非局域性，并且在三维空间内同时观测到了量子互文关系和量子非局域性。　　当然，我们这套系统也存在着一些不足，比如在自由空间内无法扩展到非常高的维度上，远距离传输困难等，但是随着集成光学和多芯光纤等技术的发展，这些障碍也将会被克服。所以我们开发的这套高维量子纠缠系统将会对量子力学和量子信息在高维领域的发展起到巨大的推动作用。