量子力学和信息科学的结合催生了量子信息这一学科。作为量子信息的一个主要研究内容——非经典态,它是一种重要资源,并在量子关联特性方面发挥着重要作用,因此它被广大实验者用于探索物理基础原理,并进一步促进量子精密测量、量子信息传输和量子计算的发展。量子纠缠,作为非经典态中最具代表性的奇特现象,激励了一代又一代的物理学家来理解世界并试图将其应用到保密通信和高速计算等领域。实验上有多种制备非经典态的方法,本论文的核心便是在原子系综中制备具有量子纠缠特性的非经典态。本论文主要包含以下三个部分:1、基于光与原子相互作用的三阶非线性效应,我们采用了加热的铷-85原子蒸气池与特定波长的激光作为反应要素,通过四波混频反应产生出了在时域和频域上相互关联的光子对。根据对光子对的特性测量,可以确认这个产生过程为非经典过程,即说明了这些光子对具有量子特性。利用光子可携带光学轨道角动量这一自由度的特征,对产生的光子做轨道角动量分析,发现产生的双光子在其角向拓扑荷数互为相反数时,统计上有很高的符合计数率,从而验证了该系统轨道角动量守恒原理。2、为了观察关联光子携带的轨道角动量在其希尔伯特空间的最大纠缠态的表现,采用了两种不同的纠缠鉴别方法:高维贝尔非局域测量和相互无偏基测量。数据的计算结果说明该离散变量四波混频系统能够获得3维的轨道角动量纠缠态,充分说明该铷原子体系的离散变量系统可以产生高维轨道角动量纠缠,从而提升了量子通道的信息容量。3、基于同样的热铷原子系统,我们研究了四波混频过程产生连续变量纠缠的正交分量信息。通过研究光场的轨道角动量的两组份空间复用纠缠,开创性地结合了Sagnac模式分离器,最终实现了4用户和6用户的连续变量量子纠缠网络,该网络内的成员一一对应并享有不同轨道角动量的纠缠信息。接下来,实验中加入了一根1公里长的光纤,将该网络中的一个用户传递到远方,并实现了两个用户之间公里级的量子纠缠。该工作将为下一阶段构建多用户全光纤连续变量量子纠缠网络提供重要依据。