量子信息学是二十世纪新兴起的一门学科,它涉及的内容包括量子力学和信息科学。到目前为止,对量子信息的研究无论是在理论上还是实验上都已经有了很大的突破。在量子信息处理的过程中,量子纠缠态被看做是非常重要的物理资源,扮演着重要的角色,特别是可完全区分的最大纠缠态。但是,众所周知,量子纠缠态在传播到远距离使用者的过程中会受到通道中噪音等因素的影响,从而会造成最大纠缠态变成非最大纠缠态,甚至是混合态。因此量子通信的效率将会极大的降低,并削弱了量子通信的能力。为了重新获得最大纠缠态,目前已经有很多纠缠提纯的方法被提出,例如纠缠蒸馏、纠缠浓缩、纠缠纯化等。基于前人的研究和当代量子信息科学发展的需求,本论文主要利用光学系统,实现多比特量子纠缠态的非破坏性区分以及纠缠浓缩的理论研究,论文内容安排如下:第一章,主要介绍了一些常见的量子纠缠态、量子超纠缠态的概念;简要阐述对量子纠缠态所做的一些操作,主要包括量子纠缠态的纠缠浓缩以及纠缠纯化;并介绍了对量子纠缠态进行操作所用的光学元件及非线性交叉克尔介质。第二章,主要研究了 Greenberger-Home-Zeilinger(GHZ)态非破坏性区分的问题。在超纠缠态的辅助下,借助于非线性交叉克尔介质完成对GHZ态的非破坏性区分。经推导发现这个方案不仅适用于两光子Bell态和三光子GHZ态,而且也可以推广到多光子GHZ态的非破坏性区分。第三章,主要研究了多光子非最大超纠缠W态的浓缩问题。该方案利用线性光学元件,实现了多光子非最大超纠缠W态的浓缩。由于其纠缠浓缩过程不可以重复操作,所以通过数值模拟得到该方案的成功几率不高。第四章,主要研究了利用单光子的辅助实现对任意光子纠缠对的纠缠浓缩问题。该方案使用的量子非破坏探测器是利用耦合在腔中的NV-色心构成的,因此对非最大纠缠光子对的浓缩过程能够重复进行,所以该方案的成功几率很高。最后还对耦合在腔中的NV-色心进行讨论,证明了实验的可行性。最后给出了全文的总结与展望。