光子系统是易于操控和传输的信息载体，在量子通信中有非常重要的应用。在远程量子通信中，需要应用量子中继器抑制环境噪声对光子信号的影响，提高通信的保真度和安全性。光子系统具有极化、空间模式、频率、时间-能量和轨道角动量等多个自由度。将光子系统的多个自由度同时应用于量子通信能够提高远程通信的信道容量和安全性。本项目主要研究高容量量子中继器中光子系统多个自由度的量子操控问题，研究内容主要包括：研究基于腔量子电动力学非线性光学作用的杂合量子纠缠门，服务于量子中继中飞行光子比特量子态与固态存储比特量子态之间的转移；研究光子系统两自由度和三自由度的超纠缠纯化，提高量子中继器的容量，服务于高容量安全量子通信；研究光子系统两自由度和三自由度的超纠缠转移，用于链接远距离通信节点，提高量子中继器的效率。通过本项目研究，力争在高容量量子中继器中光子系统多自由度的量子操控方面做出一些创新性的研究成果。
