量子信息学是基于量子力学,利用量子物理的新特性,并结合信息科学的需求,集合量子物理、计算机、数学等学科的一门综合性学科。量子信息学应用了量子力学的独特性质,可以解决很多经典信息无法解决的问题,因此在国际上引起了广泛的关注。量子信息处理过程通常需要应用到量子纠缠态,因此纠缠态的制备对于量子信息处理过程具有至关重要的意义。量子纠缠是一种独特的物理现象,量子纠缠态被广泛地应用在量子信息处理和量子通信领域。目前,制备量子纠缠态的物理体系主要有离子阱、腔QED、线性光学系统、原子系综等,其中腔量子电动力学(腔QED)是一种比较成熟的系统,具有很好的应用前景。NV色心是一种新型的人工原子,具备优良的物理特性。微环谐振腔是一种特殊的光学微腔,具有极高的品质因数和较小的有效模式体积。因此,NV色心与微环谐振腔(MTR腔)的耦合系统,在量子信息处理、量子密钥分配、量子存储等方面具有广泛的应用。本文主要涉及以下几个方面：在本文中,首先研究了NV色心与MTR微环谐振腔的特性,并提出了NV色心与MTR微环谐振腔的耦合系统。其次,利用光子输入输出该耦合系统,制备三粒子量子纠缠W态和两粒子量子纠缠cluster态,并将其推广到N粒子的情况。再次,提出了基于NV色心与MTR微环谐振腔耦合系统,制备光子与NV色心之间杂化纠缠态的方案。最后,利用该耦合系统产生的杂化量子纠缠态进行量子纠缠纯化,并将该纯化方案应用到量子中继器模型中,以解决长距离量子通信中的消相干问题。