量子信息科学是将量子力学应用于信息科学而形成的一门新兴交叉学科，它包括量子密码术、量子通信和量子计算等。量子信息学在许多方面有着经典信息学所无法比拟的优势，比如在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面量子信息学有可能突破现有的经典信息系统的极限。 量子纠缠是检验量子力学基本问题的有力工具，也是量子信息科学最基本的资源。特别是多比特纠缠态，在量子信息科学中起着更为重要的作用。因为多比特纠缠态具有更为特殊的结构和性质，应用在量子信息处理过程中将会产生许多特殊的现象，例如受控量子隐形传输、受控密集编码、量子多方通讯、量子密码和分布式量子计算等。在多比特纠缠态中，比较常见的纠缠态有GHZ态、W态和Cluster states等。作为最近(2000年)刚提出的一种纠缠态，Cluster states自提出就引起了人们极大的关注，这类纠缠态不仅具有比GHZ态稳固、抗消相干能力更强的特点，而且可用来制备GHZ态和实现仅需要单比特量子态测量的one-way量子计算，从而解决了基于大量逻辑门的量子计算机保真度不高，很难构建大的量子网络的难题。 量子隐形传态是Bennett等人在1993年首次提出的，被认为是量子计算和量子信息处理的一种非常有用的而且是很简单的操作。量子隐形传态应用了量子特性来实现信息的传送和处理，提高了通讯的安全性，是量子信息处理的一个重要分支。 腔QED系统为量子信息处理提供了一个理想的物理实现平台，而cross-kerr介质由于其捉供简单而亢观的物理实现也吸引了人们的兴趣。本文主要研究了如何在腔QED系统中克服和利用消相干效应实现量子态传送和制备量子纠缠态，在cross-kerr介质系统中制备纠缠量子态。主要内容包括： 1、利用腔泄漏消相干效应制备多光子GHZ态GHZ态是一种重要的多粒子纠缠念，已被人们大量地用于量子通讯，如秘密共享、多比特量子传送和受控量子密集编码等方案中。另外，光子是最佳的飞行比特，它的两个极化方向作为量子比特很有优势，如量子比特可以通过制备多个单光子脉冲进行扩展，可以通过精确的极化旋转来实现光子的单比特操作等。基于腔泄漏效应我们提出一个制备多光子GHZ态方案。将n对具有相同初态的单光子脉冲连续地注入一个囚禁单原子的双边泄漏腔并被反射，当对原子进行探测后，就可制备2n光子GHZ态。在理想情况下，该方案的成功概率接近100％。 2、利用cross-kerr非线性相互作用制备四光子Cluster态Cluster态作为一种最近刚提出的特殊的多比特纠缠态，它具有强的纠缠保持能力(large persistency of entanglement)，是one-way量子计算机的资源。因此，自提出后就广受人们的关注。基于cross-kerr非线性相互作用我们提出两个制各四光子Cluster态方案。两个相干光场在kerr介质中进行相互作用，通过选择合适的相互作用时间，并对探测光进行零拍探测，就可以制备四光子Cluster态。该方案仅使用了kerr介质和对相干光进行零拍探测，这些在实验上可以有效地实现。并且，弱的cross-kerr相互作用就足够了，这就更增加了实验上的可行性。 3、非最大量子纠缠信道的量子态传送由于量子系统不可避免地与周围环境发生相互作用，产生消相干效应，在存储或传送量子比特时，量子比特的纠缠程度急剧下降，量子信道通常不是处于最大纠缠态，而是处于非最大纠缠态。因此我们讨论在腔QED中如何利用非最大三粒子纠缠GHZ态实现未知单原子态、两原子纠缠态的概率隐形传送。在量子态传送过程中需要引入一个辅助粒子以解决使用非最大纠缠量子信道导致的态畸变问题。本方案在两原子与腔相互作用的整个过程中，经典场同时对两原子进行驱动，量子态的演化不依赖于腔场的态，因而不受腔泄漏和热腔场的影响。 4、高维多比特任意对角混合态的隐形传送我们提出利用经典关联和经典通讯隐形传送三维多比特任意对角混合态方案。为了传送N个qutrit，需要N对经典关联的qutrit作为信道。发送者Alice对自己拥有的qutrit进行傅立叶变换和条件门操作，并在合适的测量基进行测量，然后将N个ctrit的信息发送给接收者Bob。Bob根据接收到的信息，对自己的qutrit进行相应的么正变换，从而使之处于待传送的量子态。同时还讨论了高维多比特任意对角混合态的隐形传送。