量子通信利用量子叠加态的不确定性和不可克隆性以及纠缠测量的坍缩原理,成为一种无法被窃听和破解的绝对安全的进行量子信息传递的通信方式。量子通信过程中要实现长距离传输量子信息会有很大的损耗,量子中继方案利用量子存储器作为节点来实现阶段性的信息传输,要求作为量子中继的存储器能够对单量子态信息进行长时间的保持,此外还可以经过远距离传输后再高保真度和高效率的恢复读出,量子中继有利于构建大尺度和长距离的量子网络。DLCZ方案利用原子系综和线性光学构建量子中继节点。冷原子系综基于集体增强效应是一种合适的存储介质。该量子存储器通过写光与原子系综的相互作用,制备了纠缠光子对,并对其进行符合计数测量,得到表征纠缠特性的相关参数作为衡量量子存储器性能的指标,作为进一步测试和优化的衡量标准。在冷原子系综中产生和存储纠缠光子的基础上,我们开展了以下优化存储器性能的工作:（1）完成了基于时间多模纠缠存储的非对称光子采集通道抑制噪声的实验研究。本章节中我们提出采用非对称量子通道的实验方案可以抑制时间多路量子界面（QI）的附加噪声。该方案使用一个非对称通道来收集从时间多路复用QI中产生的纠缠光子,与使用对称通道进行光子收集的QI进行比较。当存储14个模式时,使用非对称和对称光子采集通道测量的贝尔测量参数S是2.36±0.03和2.24±0.04。结果表明使用非对称信道产生的纠缠保真度增加了3%,即额外噪声减少了1.7倍。使用非对称和对称采集通道存储14个纠缠模式的量子存储器,其存储时间可以分别达到25μs和20μs时仍然违反Bell不等式,此外根据多模存储纠缠S的下降趋势预测了非对称信道采集方式的多模存储能力从26个模式数增加到了42,表明非对称量子通道具有更长的纠缠寿命,其多模存储性能也得到了优化。（2）完成了波包脉宽高度可调谐的光子与原子记忆的纠缠产生,我们演示了通过改变光与原子相互作用时间,产生了40ns～50μs脉宽的Stokes光子波包。测量了恢复效率和贝尔参数S与Stokes光子脉冲宽度的关系。结果表明由于每个脉冲的背景噪声随脉冲持续时间的增加导致S参数随脉冲持续时间而减小。（3）实现了长寿命的光与原子纠缠源的制备。通过施加轴向磁场筛选出磁不敏感态和磁敏感态自旋波,采用一个相位稳定的偏振干涉仪和耦合镜使写读路和探测路小角度近共线配置,建立的量子纠缠产生系统可以用于产生三种自旋波叠加的量子比特的存储和测量。这项工作为充分利用量子资源产生多种模式纠缠源的制备奠定了基础。基于上述冷原子系综制备纠缠源和存储性能优化的实验研究,我们有效提高了量子存储器的恢复效率,存储寿命和多模存储能力,并通过可调谐脉宽光子波包的制备有效解决了混合型量子网络节点对接的脉宽匹配问题。本文工作为研发高性能量子存储器,构建高效量子中继和大规模量子网络奠定了基础。