光子对环境的鲁棒性和易于传输的特性,使得其成为理想的量子信息载体.因此,在众多实现量子信息处理的物理系统中,光学系统始终是国内外科学家的研究热点.人们通常将量子比特编码在线偏振光的垂直和水平偏振态上,利用线性光学元件来完成相关的量子信息处理任务.然而正是因为光子之间很难发生相互作用,再加上线性光学逻辑门的概率特性,使基于线性光学的量子信息处理方案大多是非确定性的.交叉克尔效应通过使两个不同空间模的光子相互调节相位,引入光子之间的相互作用,为确定性的光学量子信息处理提供了理想的平台.本文首先对利用交叉克尔效应进行光学量子信息处理研究中的基本原理和常用方法作了系统的归纳总结,然后从弱交叉克尔效应和巨交叉克尔效应两个方面研究了基于光子量子比特的量子信息处理过程.主要研究内容如下：(1)弱交叉克尔效应方面：首先提出了简化的光子量子比特宇称测量仪.同现有的光子量子比特宇称仪相比,本文中的宇称仪减少了若干光学元件,同时将错误率由原来的10-5降低到了10-72.另一角度来看,如果和原来的宇称仪保持相同的错误率,那么简化后的宇称仪将对克尔效应的相移角度要求较小,这使得实验上更容易实现.随后利用提出的简化量子比特宇称测量仪,设计了完全的Bell态分析器.该分析器可以以接近1的概率非破坏性地区分出四个Bell态.并且利用该分析器完成了任意单比特光子态的确定性隐形传送.此外,借助经典前反馈,提出了利用宇称仪和线性光学元件制备任意多量子比特团簇态的方案.(2)巨交叉克尔效应方面：利用解纠缠的思想,提出了完全的多光子Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态分析器.相比于目前仅有的几个GHZ态分析器,该分析器包含的光学元件最少,并且操作最简单.另一个明显的优势是,该分析器是可逆的,将分析器的输出端和输入端对调,即可得到利用直积态确定性地制备相应GHZ态的发生器.借助于GHZ态分析器,提出了仅仅使用一个Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)纠缠对作为量子通道实现多比特密集编码的方案.在该方案中,量子通道不随经典比特数目的增加而改变,即无论传输多少比特的经典信息,量子通道始终是一个Bell态.此外,本方案可以用于制备非局域的GHZ态.接着构建了实现该方案的量子线路,证明了利用巨交叉克尔效应的光学系统可以确定性地实现这些量子线路.最后,提出了利用巨交叉克尔效应实现N粒子GHZ类态的量子隐形传送方案.该方案中通信双方共享最大纠缠的GHZ态作为通道,发送者通过局域的纠缠分析和经典通讯,可以使接收者完美地重构要传送的态.这是首次在光学系统中确定性实现任意多粒子GHZ类态隐形传送的理论方案.以上这些方案都已经被证实在现有的实验条件下是可以实现的,因此对基于光学系统的量子信息处理具有重要的参考价值,并且将为光学量子通讯和量子计算的实验实现提供可靠的理论依据.