随着计算机运算能力的不断提升，经典密码学面临遭遇破解的窘境。近年来，随着人们对量子论和信息论的深入研究，发现利用单光子的固有量子随机性可以实现具有无条件安全性的保密通信技术。量子密钥分发可以提供绝对安全的密钥，它与通信网络结合可以用于保密安全通信，并且在密钥分发的过程中能够检测到窃听者的存在。目前已经实现的量子信息网络节点数有限、基本无路由相关技术。当量子信息网络规模变大时，如何扩展传输距离和如何选择最佳路径将变成十分棘手的问题。本文针对目前已经部署实现的量子信息网络规模较小、传输距离有限的情况，提出了基于原子系综量子中继器的量子信息网络模型。对基于该特定物理实现的量子信息网络的体系结构和组网方案进行了深入研究，提出了基于原子系综量子中继器量子信息网络的路由算法。主要研究工作如下：1.研究分析了量子信息网络中涉及的基本物理知识，对量子中继器的实现原理进行了阐述，根据目前已经实现部署的量子信息网络，研究了基于不同物理实现方法的各种量子信息网络中涉及的路由技术。2.本文提出了基于量子中继器的量子信息网络体系结构，通过与经典通信网络体系结构的比较，归纳了其中的相同点和不同点。针对原子系综量子中继器的量子信息网络模型，本文提出了五层结构模型并且对每一层次的功能进行了详细的描述。3.基于上述的量子信息网络体系结构，深入研究了原子系综量子中继器物理实现过程中需要考虑的性能参数指标。对所有涉及的参数指标进行归类和简化处理后，本文提出了原子系综量子中继器量子信息网络的路由算法—最少纠缠分发延迟时间路由算法。4.设计实现了基于CORE的原子系综量子中继器的量子信息网络的模拟仿真系统，并在该模拟仿真系统中，对最少纠缠分发延迟时间路由算法进行了有效性验证。根据仿真测试结果，分析了最少纠缠分发延迟时间路由算法的性能。