本文阐述了在实验上利用高亮度PPKTP晶体自发参量下转换纠缠源产生技术和基于路径—极化的超纠缠态制备技术制备的各种超纠缠态,及它们在光量子信息处理实验研究中的应用。本文研究成果如下:1.通过量子行走模型来实现高维度、高纠缠度超纠缠态的制备。量子行走是量子信息的重要分支,研究量子随机游走过程中量子性质的变化是目前最活跃的前沿领域之一,由于硬币和步行者之间的相互影响和干涉,量子行走模型是一种非常好的纠缠生成器。本文中研究了与步数相关的量子硬币控制下的量子行走中的纠缠产生情况,并将其用于任意维度硬币-步行者超纠缠态的制备。2.通过极化自由度和路径自由度间的混合超纠缠制备了 GHZ态,Cluster态,W态等多比特纠缠态,展示了基于谱估计理论和稳定子理论,在实验中如何通过仅测量少量的可观测量有效地推导出量子态的相干性。相干性的量化是量子信息处理和基础物理的基本问题,不通过层析来推断相干性的范围有助于节省资源,尤其是对大尺度多体系统。3.研究了高维弱纠缠态潜在的隐形量子传态能力及传态能力的激活方式,以一类态为例演示了局域滤波操作对纠缠态潜在的隐形传态能力的激活效果。共享纠缠态的两方,引入路径信息作为辅助量子比特,通过极化—路径超纠缠实现贝尔测量,从而进行了量子隐形传态。量子隐形传态在量子信息领域非常重要,传态能力也是态纠缠的一项重要指标。