量子科技的发展多年来得到了光电技术的有力支撑，笔者团队由此进行了一系列光电量子器件的研究和开发。为在光纤量子通信中实现单光子信号的按需产生，笔者设计了几种微纳柱型光腔-量子点单光子源；发展了频分复用技术，研制了高纯度、高全同的宣布式单光子源；利用GaN缺陷的单光子特性，制备了室温量子随机数发生器。笔者优化周期极化铌酸锂的级联波导结构设计，大幅提升了通信波段量子纠缠光源性能，使保真度高于97%，噪声特性提高10倍；设计和制备Si₃N₄微环腔纠缠源器件，实现了99%的干涉可见度，展示了芯片集成量子光源的技术可行性；应用所制备的纠缠光源，实现了数十千米光纤基量子密钥分发和量子隐形传态。笔者发展了单光子探测器制造工程，研制了用于太阳光谱量子测量的低噪声高速雪崩单光子探测器和用于量子成像的128×32及以上规模的雪崩焦平面单光子探测器。笔者制备了光纤基量子存储器，实现了1 650个光子模式的有效存储；研究了光机械量子器件的原理机制，探索了纳米光机电系统用于量子精密测量的技术前景。希望以上综述为未来量子信息网络的发展提供研究参考和技术储备。

在实际量子计算中，量子比特和量子操作表现出不同的品质特性，从而影响量子计算结果的保真度。而量子受控非门（CNOT门）错误率在品质特性中占据主要地位。提出了一种既能满足连通约束又能提高保真度的量子线路转换方法，该方法先通过Floyd算法找出量子位移动路径，基于该路径上存在的一个或多个双量子比特门执行的成功率，构建启发式函数，以此来选择线路中高保真度的交换方式。多个基准测试实验结果表明，与IBM Qiskit工具包中的SabreSwap和StochasticSwap算法相比，本工作所提方法在量子线路保真度方面分别提高了39.29%和36.06%。

优化量子线路对于提高量子算法的计算效率和降低资源成本至关重要, 特别是在布尔函数构建的Oracle线路中。该优化过程分为两个关键阶段，第一个阶段基于最小权匹配算法对Oracle线路相同受控点的MCT门进行重排序, 最小化生成线路的门数; 第二个阶段利用模板匹配的方式进一步降低线路的门数和代价。实验结果表明, 相较于优化工具RCViewer⁺, 在4~10位量子比特数下, Deutsch-Jozsa算法下的Oracle线路门数降低了约48.3%, 代价减少了约64.5%; Grover算法下的Oracle线路门数降低了约25.0%, 代价减少了约18.2%。

环境热噪声是量子计算走向规模化的一大阻碍，其存在对量子调控过程的鲁棒性和保真度提出了更高要求。采用随机动力学结构分解方法，并根据Kubo-Einstein涨落耗散定理，研究了热噪声环境下量子调控的量子动力学优化问题，即如何提高热噪声环境下量子调控过程的保真度。基于二维球面上的经典路径可完全描述单个量子比特运动这一特性，提出了基于梯度下降算法的变分优化方案，并通过数值模拟证明了该方案的可用性。结果发现，在经典极限下影响量子调控过程保真度的主要因素是热涨落。该方法有望与实验相互验证，进一步指导和评估实验方案，以期实现量子门的高保真度。

量子比特的高效拓展是量子计算获取量子加速优势需要解决的基本问题, 分布式量子计算 (DQC) 因其高度可行性和灵活性, 成为解决量子比特拓展问题的关键技术之一。根据芯片间通信方式的不同, 分布式量子计算可以分为基于量子隐形传态和基于量子线路拆分的分布式量子计算两种类型, 前者主要面向容错量子计算, 而后者被认为可在中等规模含噪声量子 (NISQ) 时代有效提升量子计算机算力。从长远角度来看, 作为量子网络的主要应用之一, 分布式量子计算可以更好地整合接入量子网络的海量量子计算机以解决高难度问题。首先介绍了分布式量子计算的来源和类型, 在此基础上, 给出了两类分布式量子计算的基本原理和发展状况, 以及关注度较高的应用算法和编译优化方法。