量子存储是量子信息处理中的重要组成部分,可以应用量子通信、量子网络构建、量子计算的众多方面。而冷原子系综作为量子存储介质,是良好的光子接口,一方面与光子有较强的相互作用,因此有高的光子存取效率,另一方面冷原子体系具有长寿命存储的潜质。这些优点使冷原子体系在量子中继应用中具有很大优势,随着冷原子制备技术的愈加成熟,冷原子中继在近二十年来取得了诸多重要的研究进展。然而冷原子量子存储目前的这些优势与现实应用需求仍然有一定距离,比如存储寿命不够长、光子与原子纠缠源亮度不够高、存储效率需要进一步提高等。因此本文的研究内容主要集中在量子存储的长寿命、高效率、光子与原子纠缠几个方面。我们首先详细研究了原子系综中限制存储寿命的各个因素,较好的解决了在光晶格存储中差分光频移补偿、毫秒量级存储效率下降严重等问题,成功实现了高效率(76%)长寿命(0.22 s)的量子存储。在此基础上通过分析,我们重点细致优化了偏置磁场梯度,发现并消除控制光残留,抑制了残留背景光散射,使得存储寿命进一步延长。进而结合双路读写光的方法,在我们所制备的光与原子纠缠在保持较高效率的基础上,存储1 s之后仍然能够以2.5倍的标准差破坏贝尔不等式。我们研究比较了之前实验中的多个光与原子纠缠的产生方式,以结合我们所积累的环形腔技术,制备了自旋波可高效读出的光与原子纠缠源。在此基础上,我们进一步优化实验系统,通过可滤波环形腔与拉曼辅助的基矢测量两方面技术,在光子原子纠缠源的亮度与保真度方面取得了突破性提高,实验上成功演示了三光子与三系综的复合多体纠缠,以及通过三光子GHZ投影,实现了三系综的纠缠,六体纠缠与三体纠缠的GHZ态保真度都在0.7左右。并且我们利用三原子系综高效存储并产生三个不同频率的光子,完成了时间分辨的多光子干涉实验,展示了多个光子干涉的丰富特性。这一系列研究成果对基于量子中继的远距离量子通信、量子网络构建、分布式量子计算等方面有重要应用价值。