量子信息是量子力学理论在信息领域的应用和延伸,而远程量子通信是量子信息科学所研究的核心问题之一。研究安全的远程量子通信和可靠的量子计算,无论对基础理论,还是未来潜在的应用,都具有非常重要的意义。本博士论文主要研究腔量子电动力学体系下的量子态共享,超纠缠态下的量子安全直接通信和普适的两比特量子逻辑门构造等,取得了一些创新性的成果:　　 一、借助于原子腔量子电动力学体系,我们提出了一个基于三原子GHZ态的三方量子态共享方案。它结合了光子易传输和原子存储时间相对较长的优点,比基于纯光子、纯原子或纯囚禁离子的量子态共享方案具有更好的实用性。我们分析了它在在联合噪声下的可行性。在高维多用户量子态共享方案中,我们讨论了两种不同的拓扑结构,提出了利用两qudit纠缠和广义Bell态测量完成任意m qubit未知量子态的共享方法。与其它产生W态的方案相比,我们提出的W态网络扩展方案的成功率高,且大大降低了对耦合系数的要求,不要求两个或多个原子同时位于一个腔中,降低了实验实现的难度。　　 二、我们提出了一个利用光子空间模式和极化模式两自由度下的基于超纠缠态的密集编码方案,并给出利用线性光学元件进行编码的过程。基于这个密集编码方案,我们提出了一个高容量的量子安全直接通信方案,并讨论了其在特洛伊木马攻击下的安全性。与那些基于单qubit体系的量子安全直接通信方案相比,我们的方案具有更高的信道容量,即每个光子能携带4比特的信息。与那些基于高维体系的量子安全直接通信方案相比,我们的方案因量子信号制备和测量简单,具备更好的可行性。基于光子频率自由度的Bell态在量子通信中有很好的应用,我们提出了一种基于腔量子电动力学下频率自由度的Bell态分析方法。　　 三、我们提出了基于腔量子电动力学的、普适的两比特量子门方案和单原子态的纯化方案。基于大失谐下腔中原子间的相互作用,我们提出一个普适的两粒子可控旋转门,它可以实现两原子之间任意角度的可控旋转,包括可控Hadamard门和可控非门。我们提出的单原子态纯化方案是第一单原子未知量子态的纯化模型,解决了单原子系综混合态的纯化问题。