量子信息科学是量子力学与信息科学相结合的产物,主要包括量子通信和量子计算两个部分。在完成信息处理功能方面,量子信息科学已经充分显示了经典信息科学所无法比拟的优势。它的一个分支——量子通信研究的主要内容包括:量子秘密分享、量子隐形传态、量子密集编码、量子密钥分配和量子态制备等。　　由于量子不可克隆定理和量子纠缠使量子信息学不同于经典信息学,所以对量子克隆的研究有着非常重要的意义。量子不可克隆定理指出:不可能准确地复制任意未知量子态。量子不可克隆定理是由量子力学基本限定——希尔伯特空间的线性——而得到的。另外,量子逻辑门在量子信息和量子计算中也扮演着非常重要的角色,是量子计算过程的基本组成部分。任何量子计算过程都可以通过一系列的单比特量子门和双比特量子门来实现,因此如何实现这些量子逻辑门也成为人们研究的重点,并且人们已经提出了利用不同的物理系统来实现这些量子逻辑门的理论方案。　　在本论文的第一章中,首先介绍量子信息理论中的量子纠缠、量子密集编码、量子门、量子不可克隆定理等几个重要的基本概念,然后介绍最优非对称近似克隆(包括普适量子克隆和相位协变量子克隆)及其幺正变换。第二章主要介绍腔QED系统的一些知识,并给出利用腔QED技术实现最优非对称经济型1到3的相位协变量子克隆的理论方案。在第三章中,先简单介绍离子阱系统,然后给出一个在离子阱系统中实现两比特量子门(swap门)的方案。同时,我们还将给出利用离子阱技术实现最优非对称经济型1到2和1到3的相位协变量子克隆的理论方案。本论文包含的研究成果如下:　　1):利用腔QED技术实现最优非对称经济型1到3的相位协变量子克隆方案;　　非对称性经济型1到2和1到3的相位协变量子克隆是输入态振幅已知而相位未知的赤道量子态克隆,即相位协变量子克隆,并且量子克隆时不需要辅助粒子,所以称为经济型的,并且它的幺正变换是非对称性的。当满足一定的条件时这种克隆可以演化为对称性的克隆。我们提出的利用腔QED技术实现最优非对称经济型1到3相位协变克隆的实验可行性方案,是通过两能级原子和单模腔的大失谐相互作用来实现的。由于原子和腔的整个相互作用时间远小于原子的辐射时间,所以此方案不受腔场的态和腔衰变的影响,可以有效地防止消相干现象的发生。　　2):在离子阱系统中实现两离子swap门的方案;　　我们提出的在离子阱系统中实现两离子swap门的理论方案是在Lamb-Dicke极限以及弱激发范围内并且以共振边带激发为基础的,在方案中离子仅仅被单束激光驱动,并且离子和质心模的态互相映射。由于被陷离子的内部态不容易受量子消相干的影响,所以此方案不受量子消相干的影响,因此本方案有可能在实验上实现。　　3):基于离子阱技术的最优非对称经济型1到2和1到3的相位协变量子克隆方案;　　我们提出的利用离子阱技术实现最优非对称经济型1到2和1到3的相位协变量子克隆方案也是在Lamb-Dicke极限和弱激发范围内用一束激光与离子发生共振相互作用,并且以共振边带激发为基础的,在克隆过程中只有一束激光与离子发生共振作用,并且只要两步就可以完成最优非对称经济型1到2的相位协变量子克隆过程。在实现最优非对称经济型1到3的相位协变量子克隆方案中,用两束不同的激光分别驱动两个离子,然后把质心模的态映射到第三个离子上。这两个方案也不受量子消相干的影响,因此,本方案有望在实验上利用离子阱技术来实现。