由于量子力学独特的性质，量子密钥协商理论上具有无条件安全性。设计了一个以四粒子团簇态为量子信源，通信双方分别进行联合Bell测量，并通过受控非门与Hadamard门进行编码操作，从而共享密钥的量子密钥协商协议。为应对传输过程中的退相干性，还使用了弱测量和量子测量翻转的方法。本文提出的密钥协商协议不仅具有应对各种参与者攻击与外部攻击的能力，还具有更高的通信效率。

量子多重代理签名协议利用Bell态和单量子比特逻辑门之间的逻辑关系,简单高效地实现多重代理签名操作。 协议不受代理签名人数、先后顺序的限制,且操作简单,在现有技术条件下完全可以实现。协议的正确性和安全性分析表明它是一个安全的、 可实现的量子多重代理签名协议。

基于cluster态具有较强的纠缠顽固性, 提出两个利用四粒子cluster态传送任意单粒子态的量子信息共享方案. 第一个方案中发送者Alice、控制者Charlie和接收者Bob共享一个四粒子纠缠态, 首先Alice对自己拥有的粒子执行一个三粒子Von-Neumann联合测量, 然后Charlie对其拥有粒子执行Z基测量, 最后Bob根据发送者和控制者的测量结果, 对所拥有的粒子做适当的幺正变换, 就能重建共享的单粒子任意态. 第二个方案利用一个辅助粒子, 发送者Alice、控制者Charlie只需做Bell基测量, Bob通过比特位翻转和幺正变换即可得到Alice传送的量子态. 与已有方案相比, 两方案信息共享的成功概率为100%, 且只需四粒子cluster态为载体, 可在目前实验室技术条件下实现.

提出一个无信息泄露的受控双向量子安全直接通信协议.协议中合法通信双方Alice和Bob在控制者Charlie的控制下实现彼此秘密信息的安全交换，利用3个Bell态纠缠交换后的测量相关性来克服信息泄露问题.由于该协议仅利用Bell态作为量子资源，而且仅需要进行Bell测量，所以方便实现.安全性分析表明，该协议不仅能检测到外部窃听者的主动攻击，而且还能检测到控制者Charlie的不诚实行为，因此，具备良好的安全性.

利用非最大六粒子纠缠簇态作为量子信道,实现推广的任意二粒子量子态的信息分离方案。 结果表明分离者可以让接收方中的任意一方在另一方的帮助下通过适当的幺正操作得到任意未知二粒子量子态。 该方案中需要推广的Bell基测量 (GBM) 和单粒子测量(SM), 并通过引入辅助粒子寻找合适纠缠匹配的 方法实现概率量子信息分离。计算了量子信息分离 (QIS) 方案的成功概率和经典信息损耗,若量子信道 为最大纠缠信道,方案成功的概率为1,同时将消耗14 bit的经典信息。

为了提高量子密钥分配的安全性和效率,利用量子纠缠交换的规律, 提出了基于纠缠交换的量子密钥分配协议。 通信双方通过简单的Bell测量建立起共享密钥,窃听者不可能窃取密钥而不被发现。该协议与其它分配协议的不同在于, 可以实现对任意两个Bell态进行Bell测量达到量子密钥分配的目的。协议的实现只需要EPR粒子对,而不需要制备多粒子纠缠态。 分析结果表明,此协议只用到两粒子的纠缠态,不需要进行幺正操作,它不仅能够保证密钥分配的安全性,而且简单高效。

在非线性克尔介质和光场的相互作用基础之上，提出了一个纠缠相干态(包括多模和高模纠缠)的光学实现方案。发现通过适当选择场的初态，相互作用时间和广义贝尔测量，能产生多模和高维纠缠相干态。同时发现当输入模的态为相干态和叠加数态的情况下，非线性克尔相互作用可产生纠缠。