量子力学是20世纪新兴学科,它的发展为世界带来了伟大的变革。量子物理的基本问题研究一直如火如茶。量子信息是关于信息学和量子物理的新兴交叉学科,量子通讯、量子计算的发展成为当前阶段推动人类文明发展的重要手段。线性光学系统作为一个最早和最成熟的用于实现量子通讯,量子计算实验方案的系统,具有良好的发展前景。并且也是研究量子物理基本问题的非常有效的平台。对于量子态的制备,测量和操控,以及量子态与周围环境的可控操作,在量子物理研究中扮演着重要角色。光场调控为线性光学系统进行量子信息处理提供了有效的手段。本文主要基于调控光场来进行量子态的制备、测量,以及开放系统演化中系统-环境态的塑造,从而在光子系统上实现特定的量子信息任务。其主要内容包括:1.搭建了适合于长距离纠缠传输的基于PPKTP晶体的高维轨道角动量纠缠源,具有88.8%的高保真度,以及100G的窄带宽。设计并实现了轨道角动量模式色散预补偿装置,在此基础上实现了一公里三维轨道角动量纠缠的传输且验证了高维非局域性,传输后量子态仍保持71%保真度。根据光纤中的噪声类型,我们给出了进一步扩展维度和距离的方案。2.设计了基于衍射效率调制的频谱塑造装置,利用该装置来实现开放系统演化中系统态与环境态的制备,进而模拟任意开放系统消相干演化。并且我们通过特定的光路设计,实现对开放系统演化的过去-未来关联性测量,为量子马尔科夫性研究提供了有益的思路。3.我们利用三明治型Beamlike纠缠源进行多光子纠缠态的制备,并研究了对称(W妒)和非对称(star)态的量子关联和量子相干性在马尔科夫消相干信道下的演化,探究不同关联的鲁棒性,并展示了在单粒子消相干的情况下反映的多体关联结构性。探究不同关联在噪声环境中的演化对于不同量子资源在特定量子任务中的应用具有指导意义。4.模拟实验数据分析了在高斯型衰减的非马尔科夫消相干环境下的量子精密测量方案的可行性。展示了量子非马尔科夫性资源在量子精密测量中的应用。通过粒子数从N=1到N=6多光子GHZ态的制备,展示了对于初始时刻具有高斯型衰减的量子芝诺效应的演化,其最佳频率估计精度的尺度关系介于标准量子极限与海森堡极限之间,称为芝诺极限。