量子力学的出现为物理学界开拓出新的研究方向,然而AlbertEinstein等科学家始终对量子力学的完备性深表质疑,并于1935年提出了 EPR佯谬（Einstein-Podolsky-Rosen佯谬）。直至近三十年后,物理学家John Bell通过著名的Bell不等式否定了定域实在论的观点。由于当时实验条件的不理想,导致实验中存在许多漏洞,而后众多科学家在实验中付出了巨大努力,分别关闭了定域性漏洞、探测漏洞,并通过星光随机数和人类自由意志等方式应对自由选择漏洞,逐步完成无漏洞Bell不等式检验。在后续的科学研究中,量子也因其独特的内禀属性在众多研究领域中被广泛运用。本论文主要讨论了以无漏洞Bell不等式检验为基础的三个工作——分布式量子传感,无漏洞Hardy佯谬,以及器件无关量子随机性扩展。量子精密测量,旨在利用纠缠、压缩态等量子资源,实现经典测量手段无法实现的更高精度,即可以达到散粒噪声极限甚至无限接近海森堡极限。分布式量子精密测量被应用于量子成像、时钟同步等众多场景之中,这些场景均基于分布式传感网络的研究模型,通过将系统中所有传感器进行纠缠,进而获取被测系统的整体信息。在无漏洞Bell不等式检验的实验基础上,我们首次实现了真正现场式的分布式量子传感,通过搭建高效率分布式双传感器系统,完成了基于离散变量的无条件超越散粒噪声极限的实验。本工作对量子传感网络的实用化发展有着重要意义。Bell不等式检验主要通过不等式的形式对测量结果进行统计,而Hardy佯谬则是通过“all-versus-nothing”的方式对非定域性进行证明。其最原始的理论提出均基于纯理想状态,由于现实条件的不完美,实验中会存在许多误差与噪声,因此需要通过统计方式规避其影响。在原始佯谬的基础上,我们将效率这一要素考虑进理论框架当中,从而得到不同系统效率条件下,成功概率达到最大时所对应的最优态和测量角度。在满足佯谬约束条件的同时,通过Bell不等式检验证明了量子非定域性。通过对无漏洞Hardy类型佯谬进行方案设计与理论模拟,该实验的可行性得到了证明。目前量子理论中具有实际应用前景的方向之一为器件无关量子随机数,即人们无需信任所使用设备并了解设备内部运行机制,只需通过Bell不等式检验保证系统输出的随机性与安全性。若输出的随机性大于输入随机性,则在随机性产生的基础上进一步完成了随机性扩展。我们以Bell不等式检验为基础搭建了高效率系统,在经过约19.2小时的数据采集过程后,得到了 2.57× 108比特的净输出,成功实现了可抵御量子攻击的随机性扩展。本工作推进了量子随机数实用化的发展进程,在不久的将来有望得到广泛普及与应用。Bell不等式检验与无不等式悖论的研究证明了量子理论拥有经典物理所不具备的非定域性;同时,无漏洞的Bell不等式检验作为一种严谨的衡量标准,促使量子非定域性在量子传感、量子随机数等众多科研方向中得到广泛应用,对量子信息的发展有着深远意义。