光与原子量子界面可以在光子和原子系综之间建立起量子关联以及纠缠,这是建立量子中继器的重要组成部分。目前,实现光与原子纠缠界面的方法主要有两种,一是先利用非线性过程产生纠缠光子对,然后通过将纠缠光子存储在原子系综中实现光与原子纠缠界面;其次是直接在原子系综中,通过自发拉曼散射等过程直接实现光与原子纠缠界面。本论文围绕量子存储以及纠缠光子对的产生,分别在热原子系综以及冷原子系综中进行了光量子存储实验研究,并在晶体中通过自发参量下转换过程以及在冷原子系综中通过自发拉曼散射分别实现了纠缠光子对的产生,这些实验为实现长距离量子通信、分布式量子计算以及建立量子中继等量子信息技术方面奠定实验基础。本论文主要内容有:1.我们在热原子气室中利用电磁感应透明动力学过程通过施加一个导向磁场增加了光存储的寿命。实验测量了在不同大小导向磁场时,恢复效率随着存储时间变化关系。实验结果表明,施加导向磁场B0z=93mG时的存储寿命是不施加导向磁场B0z=0时存储寿命的10倍,1/e寿命从~6μs增加到~59μs。我们还从理论上分析了存储过程退相干的因素,分析了导向磁场消除磁场扰动的原因,解释了导向磁场增加寿命的机制。2.我们利用电磁感应透明动力学过程(EIT)在热原子气室中实现了对相干态正交分量的存储与释放的实验研究。通过利用平衡零拍探测的方法,实验测量了三种不同平均输入光子数时,信号光的输入脉冲以及其恢复信号的正交分量值,进而得到了相干态正交分量随着本地振荡光位相变化的数据分布图。实验结果表明,正交分量值随本地振荡光位相均匀分布,其不随着输入平均光子数变化而变化,但其平均幅值的振幅会随着光子数的增加而递增。此外,通过测量正交分量恢复信号随存储时间的变化关系得到了存储寿命为32μs。3.利用腔增强自发参量下转换的方法产生了频率在铷原子D1线的窄带纠缠光子对。腔增强下转换产生的纠缠光子对并不是单模的,我们利用标准具滤波器滤去杂散模式实现单模输出,实验所产生纠缠光子对的线宽为15MHz,这与原子存储的线宽相匹配。实验测量纠缠光子对的Bell参数S=2.73±0.04,这违背了Bell-CHSH不等式18个标准偏差,表明所产生的纠缠光子对具有很强的纠缠特性。实验所产生的窄带纠缠光子对在基于原子系综量子存储的量子通讯和量子计算中有重要应用。4.利用电磁感应透明效应将光偏振比特信息存储在冷原子系综中,完成了光偏振比特长寿命以及高保真度的量子存储。通过施加一定强度的轴向磁场将原子Zeeman子能级劈裂,经过光泵浦过程制备原子状态,使得光量子信息只能存储在磁不敏感型自旋波极化上,从而消除了磁敏感型自旋波极化在磁场扰动时退相干的影响,从而实现长寿命量子存储。实验结果显示,在存储时间为200微秒时的偏振保真度为98.6%,在存储时间为4.5毫秒时的偏振保真度为78.4%。5.我们在冷原子系综中通过自发拉曼散射过程制备纠缠光子对,在此基础上通过收集六个空间不同方向的Stokes光子以及anti-Stokes光子,结合光学开关以及快速反馈机制实现空间倍增。我们测量了种不同偏振投影时偏振对比度随Stokes探测速率以及符合计数率的变化关系。实验结果表明,通过反馈机制和光学开关网络的控制可以实现光与原子纠缠速率6倍增加以及光子与光子纠缠速率4倍增加。实验产生测得纠缠源的Bell参数可达2.49±0.03,其寿命可达~60μs。