光与物质作用导致的原子相干效应从激光诞生之后,一直是光学领域的热门研究课题,它是量子光学中最重要的基本物理现象之一。目前,针对各种新的材料和介质,人们还在不断深入研究与原子相干效应有关的各种现象,如:相干粒子数俘获、电磁感应光透明、光群速度减慢、光学非线性系数增强和相干诱导光子带隙结构等。在本论文中,我们主要研究如何利用相干原子气体方法在光学波段实现负折射率材料,以及在一个具有对称结构的五能级原子系统中,产生大的Kerr非线性系数,进而实现量子相位门和三光子GHZ态。本论文共分五个部分,具体内容如下:第一部分:介绍几个基本的量子相干概念及由量子相干引起的与本论文研究内容有关的几种物理效应。第二部分:介绍左手材料和手性材料的基本性质与发展历程,非线性极化率以及与量子信息相关的几个基本概念。第三部分:研究一个存在自发辐射相干效应（SGC）的四能级原子系统,利用自发辐射相干效应对介质的介电常数和磁导率进行有效调控。经过理论推导和数值模拟发现,控制自发辐射相干效应和洛伦兹局域场效应以及外加驱动场强度等参数,可在一定频率范围内同时得到负的介电常数和负的磁导率,进而实现左手材料。我们还讨论了如何在缀饰态表象下模拟自发辐射相干效应,以便避开SGC效应存在的苛刻条件。第四部分:研究一个具有闭合环路的高密度多能级原子系统,进一步发展相干原子气体方法,即利用电磁感应手性和强的局域场效应实现负折射率。理论分析发现,通过控制低能级粒子数布居、洛伦兹局域场效应（原子密度）、退相干速率以及驱动场强度等参数,可在光频波段实现零吸收的负折射率。由于该原子系统具有一个闭合环路,因此,相对位相对复折射率的影响非常显著。当频率一定时,可以通过周期调制相对位相来控制折射率的变化。第五部分:研究一个具有对称结构的五能级Tripod型原子系统,利用电磁感应透明机制和拉曼增益机制,在探测跃迁共振频率附近获得大的交叉Kerr非线性系数。理论分析发现,在EIT机制中,XPM可以在两个不同频率处无吸收获得;而在拉曼增益机制中,XPM伴随增益只能在一个频率处获得。在这两种机制中,探测场和信号场之间的对称相互作用不会因微波场的调制而破坏。另外,当XPM足够大可以产生一个π量级的条件相移时,就可以用其实现双量子比特相位门;于是,我们就可以利用双量子比特相位门,单比特Hadamard门和光延迟线实现三光子GHZ态。