量子信息科学是由量子力学、信息科学和计算机科学等多个学科交叉而形成的一门新兴学科。与经典信息处理相比,量子信息处理在运算速度、信息容量、检测精度以及信息安全等方面都具有明显优势,具有广泛的应用前景。不确定关系是量子力学最重要的基本原理之一。自量子力学发展以来,不确定关系分为两种类型,一种是反映量子态和可观测量本身属性的制备型不确定关系,这种不确定关系是始终成立的。另一种是基于测量时反映两个非对易观测量测量精度的误差扰动不确定关系。在量子信息科学中,信息的存储、处理和提取离不开量子态和量子测量。量子测量在量子信息处理中扮演着重要角色,而测量精度原理上受到误差扰动不确定关系的制约。因此,误差扰动不确定关系的深入研究对于量子信息科学的发展具有重要意义。量子导引是介于量子纠缠和贝尔非定域性之间的一种特殊的关联。量子导引不仅有助于我们深入理解基础物理问题,而且它是一种重要的量子资源。与量子纠缠不同的是量子导引具有天然的非对称性。在某些情况下,量子导引存在单向性(即通信双方只有一方可以实现对另一方量子态的导引),这是量子纠缠所不具备的特性。基于量子导引的这一特性,它在单方设备无关的量子密钥分发,量子秘密共享、安全量子隐形传态等方面具有潜在应用。在实际应用中,量子信道中不可避免的损耗和噪声导致的退相干效应是限制量子信息技术发展的一个重要因素。实现量子导引的提纯能够有效对抗量子退相干对量子导引的影响。研究表明无噪声线性放大技术是减小损耗和噪声引起的退相干效应的一种有效途径。因此,我们基于无噪声线性放大技术实现了高斯量子导引的提纯,为利用量子导引作为量子资源实现量子信息处理提供了技术支撑。本文主要研究内容如下:1.我们首次利用Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)纠缠光场的正交振幅和正交位相分量实验验证了连续变量误差扰动不确定关系。通过选择合适的观测量,利用纠缠光场之间的量子关联,实验测量了EPR纠缠态光场一束光场的正交振幅和正交位相分量的误差和扰动不确定度。实验结果证实了海森堡误差扰动不确定关系在一定条件下可以被违背,而Ozawa和Branciard提出的新型误差扰动不确定关系总是成立的。特别地,我们实验验证了对一个观测量测量误差为零的极限情况。2.我们利用外差探测系统实现光场正交振幅和正交位相分量的同时测量,实验验证了不同的量子态(相干态、压缩态和热光场)作为输入态时的连续变量误差扰动不确定关系。研究结果表明,在不同量子态下,实验结果违背了海森堡的测量不确定关系,但是满足Ozawa和Branciard提出的新型误差扰动不确定关系。3.我们利用基于测量的无噪声线性放大实现了损耗信道和噪声信道中高斯量子导引的提纯。将双模压缩态中的一束光场通过损耗信道和噪声信道发送给Bob,Alice保留双模压缩态中的另一束光场。Alice利用平衡零拍探测测量其光场的信息,Bob通过外差探测测量其光场的信息。然后,利用滤波函数对所获得的实验数据进行筛选,实现基于测量的无噪声线性放大。研究结果表明,基于测量的无噪声线性放大不仅使量子导引能力在一定程度上得到提升,而且可以在一定范围内把单向导引恢复为双向导引。特别是我们实验证明基于测量的无噪声线性放大能够实现噪声信道中高斯量子导引的提纯。同时,我们证明该方法可应用于提高单方设备无关的量子密钥分发的密钥速率。所完成的研究工作创新之处如下:1.设计了基于EPR纠缠光场实现连续变量误差扰动不确定关系实验验证的方案,并首次实验实现连续变量误差扰动不确定关系的验证2.设计了利用外差探测系统验证连续变量误差扰动不确定关系的方案,并实验实现相干态、压缩态和热光场作为输入态时的连续变量误差扰动不确定关系。3.首次利用基于测量的无噪声线性放大实验实现了损耗信道和噪声信道中高斯量子导引的提纯。