量子计算和量子信息是物理学、计算科学与信息科学的交叉学科,它涵盖的内容十分广泛,具有更快的信息处理速率、更高的保密性和更大的信息存储空间。量子行走是经典随机行走在量子世界的对应模型,是实现量子计算和设计新的量子算法的基本模型。相比较经典随机行走,由于量子相干性量子行走扩散速率呈现二次提速。本论文主要讨论周期和非周期两种不同量子行走模型中的扩散性质,基于量子行走制备高扩散速率量子叠加态,主要做了以下两个方面的工作:(1)我们首先理论研究了不同量子行走模型中硬币操作系数和位相系数对行走者位置分布以及扩散速率的影响。在周期演化操作量子行走中,行走者的扩散速率与硬币操作系数有关。在非周期的量子行走中,行走者的扩散速率与硬币操作系数有关以及施加在原点处的位相有关。增大硬币系数使行走者经过相同的步骤扩散的范围更大,从而提高了行走者的扩散速率,在原点处施加合适的位相能够进一步提高行走者的扩散速率。(2)实验实现了周期与非周期量子行走,并制备了更高扩散速率的量子相干叠加态。用光的水平和竖直偏振态表示两个硬币态,光经过不同路径后到达探测器的时间表示行走者的位置。非周期性通过包含快速相位电光调制器的光学环路实现。通过转动半波片改变硬币操作系数。在电光调制器上施加合适的电脉冲得到在原点处添加合适的位相。实验结果表明扩散速率随着硬币系数的增大而增大,添加合适的位相能够进一步提高行走者的扩散速率的结论。在我们的实验装置中,光学环路的结构具有很好的相干性和可扩展性,能够有效促进研究量子行走性质以及基于量子行走开发新的算法。