量子计算和量子通信离不开量子比特的实现、操作和控制,而量子比特广义上对应于二能级量子系统。光子作为量子计算中实现处理信息的有效系统,它传播快,不与环境相互作用且操纵简单。要实现和操纵量子比特,可以求助于双阱势系统。例如,基于双阱势的量子比特已经被超导电路（SQUID）证明。因此我们建立了一种新的光学双阱势系统,然后研究这种光学双阱势系统存在的量子力学效应,即光子隧穿,最终为光量子比特的物理实现提供一种新的实现方式。本文首先介绍了光腔与光子量子信息的基本理论,然后建立了基于光腔-波导-光腔（CWC）的量子理论模型,最后对CWC结构进行优化分析以及研究光学双阱势的应用。本文研究的主要工作如下:1)建立CWC模型,通过截止波导连接两个光学谐振腔,即光腔-波导-光腔结构,构造了一种新的光学双阱势系统,研究其内部的电磁场分布,建立量子理论模型。我们证明了由于光子通过截止波导的光子隧穿效应而造成的对称性破缺和能级分裂,从而形成一种有效的光学二能级光子系统。此外,我们通过仿真软件FDTD Solutions模拟分析了CWC结构的频谱分布,与我们的理论结果相比较,证明了我们理论模型的可行性。2)分析了CWC结构的优化与光学双阱势系统的应用研究。分析CWC结构参数的调整对光子频谱分布的影响,包括改变CWC结构长度、窄边尺寸以及CWC内填充不同的介质的方式,并且通过FDTD Solutions的仿真与理论结果相比较,对我们的理论结果进行验证,得出结论:将长度延长将会使对称解与反对称频率解的差值进一步减小,相邻的两对之间,频率间距进一步增大,即这种光学双阱势的势垒将会变小,光子隧穿变得更容易;对于非介质连续性结构,入射波为TE10模,CWC窄边尺寸对我们的结构没有影响,这有利于操控CWC结构中的光子;填充不同介质时,理论与仿真结果相符合,验证了我们理论的可行性。此外,通过二能级光子系统与Λ型原子系统的耦合（即双模拉曼动力学）,提出了一种新的光学量子比特的物理实现。与传统的模式相反,在我们的研究中,两个场模式携带量子比特,而原子作为一个辅助态,并且这两个模式并不对应两个不同类型的光子,而是对应于同一个光子的两个可能的量子态。最后,基于CWC结构光量子比特的物理实现,设计了一种新的量子网络节点,这种方案对失谐量没有限制,光子与原子之间的耦合可以很强。