量子技术,比如量子通信、量子计算,具有经典技术所不具有的优势。但是,作为量子技术基本元素的量子态往往极为脆弱,很容易受到外界环境的影响而丢失,而且量子态的制造和量子操作往往是概率性的。这种概率性使得远距离量子通信和大规模的量子计算很难被实现,除非有量子存储器将这些随机产生的量子态缓存并同步起来。在过去的十几年中,量子存储器在各种各样的光子存储方案中得到了研究。高存储读取效率、低噪音、长寿命（或者大的时间带宽积）、室温条件下运行,这四点成为衡量一个量子存储器是否能够实用的重要标准。遗憾的是,大量的实验和理论证明这四点很难同时被满足。相对于低温量子存储器来说,室温量子存储器有其独特的优点:不需要复杂的制冷设备,操作起来更简便,因此室温量子存储器的实用性更强,就好像室温超导材料更实用一样。但是在室温和宽带的条件下,荧光噪音和量子态的退相干成为了令人头疼的主要问题,这两个问题导致室温原子实验不能很好地工作在量子区域或者只有很短的存储寿命。在室温下,荧光噪音和想要的信号光子的频率相同或相近,所以电磁感应透明和近失谐拉曼存储的荧光噪音很难滤除。为了解决碰撞导致的荧光噪音和近共振情况下的存储带宽太小这两个问题,人们尝试了远失谐拉曼存储。但是很多实验工作,包括我们自己的实验结果,都证明远失谐拉曼存储方案有很严重的四波混频噪音,导致观察不到量子特性。有几个研究组尝试了基于金刚石光学声子的量子存储器和利用原子激发态作为存储态的热原子系综存储器,但是存储寿命太短。本文是在导师提出的FORD方案的大框架下进行的,其中FORD是far off-resonance Duan-Lukin-Cirac-Zoller的缩写。FORD方案不需要外部单光子源。一束弱的或者远失谐的写光激发原子气体,会辐射出一个Stokes光子,同时会在原子气体内部产生一个集体激发态。FORD存储器存储的就是这个集体激发态,这与所有基于DLCZ方案的量子存储器相同。另一方面,碰撞荧光噪音分布在原子共振频率附近,而在远失谐方案中,想要的光子和碰撞荧光噪音的频率差有几个GHz,所以碰撞荧光噪音可以被频率滤波器滤除。因此,从原理上来说,FORD方案是可行的。经过我们小组的数年努力,终于把FORD方案变成一个真正可以运行的量子存储器。虽然我们实现了FORD量子存储器,但是量子存储领域仍有很多工作要做,特别是对存储器性能的优化。另外基于量子存储器仍有很多值得挖掘的应用,也有很多值得推敲的最基本的光与物质相互作用问题。本文将会在后面的章节里一一展示我们的成果和遇到的问题。本文主要由六章构成。第一章:绪论。本章旨在介绍量子存储器的必要性和研究现状。还介绍了基于DLCZ方案的量子通信和多光子同步的基本原理。第二章:基于室温铯原子系综的量子存储平台搭建和调试。为了让读者更好地理解我们的工作,本章详细介绍了实验平台的各个部分及其调试结果。第三章:室温原子中的宽带DLCZ量子存储。具体展示FORD室温宽带量子存储器的工作原理和各项性能。第四章:室温原子与光干涉接口中直接观察宽带非经典态。这一章将会给出单个脉冲光入射到热原子气体里所产生的光与物质的多场干涉效果。我们可以从多场干涉中得到非经典态,即非经典关联的光子对。第五章:光与物质混合的Hanbury Brown-Twiss干涉仪。单光子干涉和分束操作在量子存储器的内部得以实现,这是一种全新的内置于物质内部的Hanbury Brown-Twiss干涉。第六章:总结、探索和展望。首先对全文进行总结,之后列举了两个不太成功的探索:基于抗弛豫膜的长寿命室温宽带量子存储和室温宽带拉曼存储,并给出了很多定性的实验结果。最后是关于量子存储器和基于量子存储器的量子技术的展望。