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量子信息是量子力学、计算机科学、数学以及信息科学等学科相融合的新兴交叉学科。由于基于量子力学的特性，诸如叠加性、非局域性、纠缠性、不可克隆性等，量子信息具有经典信息所无法比拟的优势。例如基于量子并行计算的量子计算机由于能够迅速破解当前世界各国普遍采用的密码系统，从而直接影响到各国的信息安全。为了在不同物理体系中操摔量子信息，人们提出了基于腔量子电动力学(腔QED)、核磁共振、离子阱、线性光学等体系的各种方案。和其它物理体系相比，腔QED是研究得比较早、发展得比较快，并且被认为是最有前途的方案之一。强作用腔QED研究为量子信息科学提供了一种潜力巨大的实现量子信息处理的途径。本论文的目的在于研究基于腔QED的纠缠态制备及量了信息处理。此论文将从以下几个方面展开：
论文第一部分介绍了量了信息和腔QED的发展情况。首先介绍了量子信息的基本概念和研究的内容与途径，以及量子光学在量子信息研究中的作用。然后介绍了腔QED的发展历史、基本概念和理论。最后指出了腔QED研究的主要问题以及当前腔QED领域关注的前沿问题。
第二部分介绍了利用腔QED体系制备光场纠缠态和原子纠缠态的工作。关于光场纠缠态的工作主要介绍制备分离微腔之间双模纠缠态和利用腔QED技术制备EPR型偏振纠缠光子对。关于原子纠缠态的工作分别介绍了如何利用腔QED体系制备原子的几种不同形式的纠缠态—EPR态、GHZ态、W态以及团簇态。我们这些工作的创新之处在于：在制备分离微腔纠缠态工作中我们只需一套实验系统仪通过调节实验参数制备出纠缠相干态和Bell态，并且只需一个Rydberg原子依次通过两个处于真空态的微腔；而制备纠缠光子对方案结合腔QED技术和受激拉曼绝热通道技术，可以产生保真度非常高的纠缠光子对；制备原子EPR态、GHZ态、W态的方案，由于利用了腔场虚激发机制所以制备出的原子纠缠态具有很够的保真度；利用耦合腔波导制备原子团簇态方案的优点是不需要对每个原子的初态进行号门制备，而且不受腔模衰减的影响。我们这些方案制备出的纠缠念是进行量子信息处理的重要资源。
本论文的第三部分是和量子信息处理相关的工作。我们分别讨论分析了如何对量子态进行存储、操作和传递。首先我们介绍了基于五能级M型原子和量子光场作用下的分渠道量子存储方案。然后我们讨论了实现量子交换门和量子相位门的方案。最后我们介绍如何利用腔QED技术传递量子信息。我们这几个工作的创新之处是：在量了存储方案中，由于我们基于五能级M型原子体系和量子光场相互作用下的暗态进行信息存储，所以我们此方案可以进行多通道信息存储；在基于腔QED体系的量子门操作方案中，由于此方案利用腔场虚激发并且量子信息编码在原子基态上，所以得到的量子门具有很高的保真度；在量子信息传递方案中，我们首次提出利用一维耦合腔波导来进行量子态的传递，利用一维耦合腔波导中原子之间的有效长程偶极相互作用，我们证明了可以直接把量子态由波导一端传递到另一端。这个方案在短距离量子通信领域会有很高价值。