量子信息科学是由量子力学和信息科学相结合产生的一门新的交叉学科。它以量子力学的基本原理为基础,通过量子系统的各种特性(量子纠缠、量子并行、量子不可克隆等)对信息进行编码、传输和计算,可以在增大信息容量、确保信息安全、提高运算速度和提高检测精度等方面突破经典信息处理的极限,具有丰富的研究内容和良好的发展前景。量子信息科学发展的一个重要内容是构建量子信息网络,网络由量子节点和量子信道两个部分组成。在量子节点中,利用量子资源完成存储、计算、模拟、纠错等量子信息处理;量子信道用于完成量子态的传输及量子信息交换。量子模拟是利用一个易于控制和测量的量子系统模拟另一个相对较难控制的复杂系统的动力学行为,执行一些经典计算机不能完成的任务。近年来,量子模拟的研究发展迅速,它在物理、化学、生物等领域具有大量潜在的应用。由于连续变量量子信息处理系统可以有效模拟连续变化的量子行为,因此,开展连续变量量子模拟的研究将为量子模拟提供一种新的工具。在量子信息处理中,退相干会导致量子信息处理的保真度降低。在量子通信中,信道损耗和噪声是导致退相干的主要原因,我们通过建立非马尔科夫环境,开展了对抗量子通信中量子退相干的实验研究。量子导引(Quantum steering)是除了量子关联和量子纠缠之外的一种重要的量子资源,其显著特征在于它的非对称性。因此,量子导引不仅在基础物理问题的研究方面具有重要意义,而且在非对称量子信息处理方面具有潜在的应用。围绕连续变量量子模拟、对抗量子通信中的退相干和量子导引分发等三方面内容,我们研究组开展了一系列实验研究。本文的主要研究内容如下:1.我们自行设计并实现了由量子化光场和逻辑操作单元组成的量子模拟器,基于此系统完成了对封闭和开放系统中量子化谐振子随时间演化的量子模拟,并且根据原子系综与量子谐振子物理量的对应关系,通过分析方法模拟了大系综原子在自发辐射过程中物理量的时间演化。该方法是第一次利用连续变量光学模式和量子逻辑操作完成量子模拟的实验研究。2.量子资源在量子信道的传输过程中会受到损耗以及噪声的影响。我们研究了信道中的损耗以及噪声对传输的压缩态和三组份GHZ纠缠态光场的影响,第一次实验证实额外噪声可能导致传输量子态的量子特性消失,并通过建立关联噪声信道模拟非马尔科夫环境,实现了对传输光场的压缩以及纠缠特性的恢复。3.研究了连续变量四组份方形cluster纠缠态光场中的量子导引效应。量子导引是除了量子纠缠和贝尔非定域性外的另一种重要的量子关联形式,是一种量子信息的核心资源,具有双向量子导引的特性并满足量子导引的单配性约束关系。我们通过重构四组份光场的协方差矩阵,利用判据量化四组份光场的子模式之间量子导引的能力,首次研究了量子导引在连续变量四组份方形cluster纠缠态光场中的分布关系,并且验证了不同多组份结构类型的量子导引的单配性,加深了对cluster纠缠态的认识。所完成的研究工作创新之处如下:1.第一次利用连续变量光学模式和量子逻辑操作执行量子模拟实验。2.通过建立关联噪声信道模拟非马尔科夫环境,完成了对噪声量子信道中传输的量子光场的压缩以及纠缠特性的恢复。3.首次用实验研究了四组份方形cluster纠缠态光场中的量子导引,并验证了不同多组份结构类型的量子导引的单配性。