量子信息物理学是量子物理学和经典信息科学交叉融合所产生的新兴学科,通过将量子物理学中描述微观世界的基本概念和理论（如态叠加原理、量子非局域性、不可克隆原理等）应用到计算、通信和测量领域,便催生出了量子计算、量子通信和量子精密测量三个炙手可热的前沿学术研究热点,更重要的是它们展现出了经典计算、传统通信和经典测量技术无可比拟的潜在优势和广阔前景。本文围绕线性光学量子系统,通过发展高亮度、高全同性的自发参量下转换纠缠源与高保真度的两比特量子纠缠门,在实验上开展了多体量子图态的制备及其纠缠的判定和识别、基于高性能浅层线性光学量子线路的非阿贝尔绝热量子算法的实验演示、量子网络中量子信息任务的处理这三个方面的研究工作。其中包含的研究成果和主要创新如下:1、多体量子图态的制备及其纠缠的判定和识别方面。首先,我们在理论上首次提出利用无监督机器学习中的生成对抗模型在没有先验信息的情况下识别未知量子图态中的两体纠缠,并在实验中首次演示了未知量子纯态和量子混态中两体纠缠的高精度判定。其次,我们利用理论最优的纠缠目击算符,在实验上首次实现了多种量子图态的纠缠精细结构的识别。2、基于高性能浅层线性光学量子线路的非阿贝尔绝热量子算法的实验演示方面。通过将单比特旋转门嵌入路径分离的萨格纳克干涉仪中,我们首次开发出一种确定性的极化-路径超纠缠两比特门阵列,并以此为基础构建了一套高性能浅层线性光学量子线路。在此高过程保真度浅层量子线路的帮助下,我们首次在线性光学实验中实现了非阿贝尔绝热量子算法求解独立集问题的过程。3、量子网络中量子信息基础任务的处理方面。基于实验中发展的高亮度、高全同性的参量下转换纠缠源,我们成功制备了多节点、高保真度的光学量子网络。基于此量子网络,我们首次在实验中严格量化了网络中经典节点的数量;其次,我们演示了预共享纠缠的量子网络编码能够突破经典网络传输中的瓶颈问题;最后,我们首次实验实现了量子网络中最大概率的纠缠蒸馏提纯过程。