本研究提出了利用一个三能级原子与微型的环形谐振腔内电场之间的强相互作用来做单光子晶体管、利用纳米线、纳米尖上的表面等离子体与发光体之间的相互作用来做单光子晶体管和量子接口、利用硅基半导体中的掺杂磷原子上的电子自旋对一大类建立在非局域实在论基础上的隐变量理论进行无漏洞证伪。对于一些特定的计算,量子计算机原则上要比任何的经典计算机都要运算的快。不同于经典的密码传播,量子密码的传播从原则上来说是可以达到绝对保密的。这些优点使得量子信息论成为当今的一大热门学科。量子信息论有助与人们加深对量子理论的理解,可能从根本上改变人们对现有的时空观念、定域因果律的认识;同时,量子信息论在技术方面也发挥着重要影响,推动和指引着IT技术产业更新换代。量子密码、量子通信、量子计算机等有可能会对国计民生和国防技术产生深远的影响。　　 第一章介绍了量子信息论中常用到的一些基本知识,包括对量子比特的基本操控、整形脉冲技术、光的微型谐振腔、相干态、压缩态和平衡的零差测量以及量子纠缠与Bell不等式等。　　 第二章在三能级原子和微型环形谐振腔内的电场之间的强相互作用的基础上提出了一个实现单光子晶体管的方案。在光的存储阶段,在经典控制光场的作用下,“门”脉冲中的单光子的存在(不存在)将会使一个与微型环形谐振腔内的瞬变场有着强耦合的三能级原子从基态跃迁到亚稳态(仍处于基态)。原子中这个有条件的状态变化会影响随后的“信号”光子的传播过程,使得谐振腔对“信号”光子来说是高反射的(几乎全透明的)。这样一来,入射的“门”脉冲中是否存在一个单光子将足以控制之后的“信号”光子的传播过程,从而使得这个系统可以用来作为单光子开关或单光子晶体管。考虑到此系统对实验中的误差有较强的抵抗力和光子可以通过锥形光纤高效的进出谐振腔,这个单光子晶体管方案可能是个非常有希望的候选者。　　 第三章在单个发光体和纳米线、纳米尖上的表面等离子体之间的强相互作用基础上,我们提出一个单光子晶体管方案。在这个方案中,“门”光子从纳米尖的大的一端射入,在经典激光的作用下被纳米尖旁的发光体吸收,引起此发光体内部状态发生变化。这一变化将导致在发光体旁边的与纳米尖轴线垂直的纳米线上传播的单个“信号”光子传播过程发生改变。因此“门”脉冲中的单光子存在与否将导致单个“信号”光子是通过或被反射,由此单光子晶体管的功能得以实现。单光子晶体管对光的通信、光计算机、单光子的探测等有重要要用。　　 第四章提出了利用发光体与在纳米尖上传播的表面等离子体之间的强相互作用来制作对量子网络来说很关键的一个元件——量子接口。通过这一量子接口,一个固定量子位与一个飞行量子位之间将可以经由一个拉曼过程来实现相互转换。在这个量子接口基础上,我们可以实现许多量子网络中很关键的功能,包括发送、接收、交换、纠缠不同量子节点中的量子位。它还可以作为确定性的单光子源和有效的单光子探测器。数值模拟表明这一方案对于实验中的误差具有比较强的抵抗性,通过这一方案,高保真度的操控是可期待的。由于采用了纳米器件,这一方案将有利于实现量子网络、量子计算机的可拓展性。　　 第五章提出了一个针对这类非局域隐变量理论的能封闭该检测漏洞的实验检验方案。在此方案中,两个高品质谐振腔中的掺杂在半导体硅中的31P原子的电子的自旋通过依次与压缩光相互作用和事后的零差测量被纠缠起来,然后这两个电子的自旋状态被独立而随机的测出来。在激光作用下会发生电子自旋到电荷的转变,而这一转变可被具有超高灵敏度的射频单电子晶体管探测到,由此电子自旋状态可以以百分之一百的效率被读出来了,从而封闭所谓的测量漏洞。单光子晶体管在以光子作为媒介的量子计算机、单光子的探测、量子通信等中将会起重要的作用。量子接口是量子网络、量子计算机不可或缺的一部分。而对非局域实在论的无漏洞检验能让我们更深入的理解量子力学,它所产生的深远影响可能将远远地超过科学本身的范畴。