二十世纪信息科学在改善人类的生活质量以及推动社会的文明发展中发挥着无可比拟的作用。人类对于信息的需求日益增加使得人们不断地致力于信息技术的进一步发展，然而现有的信息系统其功能已被开发至接近极限程度。二十世纪初发展起来的量子力学在推动人类社会的发展中已经发挥了巨大的作用。在量子力学新的应用领域中，首当其冲的是信息科学。量子效应在信息领域中有着独特的功能，于是一门新兴学科——量子信息学便应运而生。 量子通信是量子信息学中研究较早的领域。广义上讲，它包括量子密码术、量子隐形传态、密集编码、远程量子通信以及量子通信复杂度等。近年来在理论和实践上均已取得了重要的突破，引起各国政府，科技界和信息产业界的高度重视。远程量子通信是要在相距较远的通信方之间建立量子信道，实现量子通信。实现远程量子通信的瓶颈在于通信出错率随着通信方之间信道的长度增加而做指数级的增长。远程量子通信作为量子信息学面向实用化的一个重要分支，在量子信息学的研究中占据了重要的位置。 本论文重点研究了远程量子通信的实现方法与物理体系，主要研究成果包括以下几个方面： 1.利用原子系综实现远程逻辑操作 我们以原子系综为基本物理体系，通过选取合适的原子能级，提出了制备具有“偏振”性质的纠缠态的方案。该方案无需对每个原子进行单独寻址，因此与单个粒子比较，对原子系综的激光操控，更容易在实验上实现。更为重要的是，与单个粒子和光场相互作用的情况相比，利用原子系综使信噪比有大幅提高，而且原子内能级能够较长时间地存储量子态。在制备纠缠态的基础上，我们进一步提出了利用纠缠与线性光学器件实现远程逻辑操作的方案。方案中使用偏振分束器与后选择测量使得受控非门的实现更为简单。 2.利用原子系综实现多体纠缠的制备与纯化 我们提出了一个利用原子系综实现多体纠缠的制备方案以及三体纠缠态纯化方案。与以往基于Folk表象的纠缠态不同，我们选用五能级原子，制备出的纠缠态具有偏振性，并且可以直接转换为光子之间的纠缠态，可以方便的应用于量子通信中。针对三体纠缠态设计的纠缠纯化方案只涉及偏振分束器、偏振片以及光子探测器，无需两比特逻辑操作，相对于利用受控非门的纯化方案，其实验的实现难度大大降低了。我们在三体GHZ纠缠态制备与纯化的基础上，提出了一个重要的应用前景，可利用此纠缠态实现在一方控制之下，另外双方之间安全直接的量子通信。 3.利用时间编码实现远程量子通信 利用量子编码来纠正量子错误也是实现远程量子通信的一种途径。我们提出一种利用时间编码与偏振控制的方法来克服远距离信道对量子态消偏振的影响，从而实现远程量子通信。我们分析了在噪声信道上的单光子传输情况，给出了输出保真度的表达式，利用不等臂干涉仪对光子偏振态作时间编码，我们提出了实现高保证通信的方法。该方法与传统的用多个物理比特编码为少数逻辑比特纠正量子错误的方法相比，一个明显的优势便是节省资源，而且我们进一步证明了该方法的实验可行性。