自量子力学诞生以来,量子信息技术迅速崛起并取得了突飞猛进的发展。量子计算机以其独特的多量子态并行计算能力对经典的加密体系提出了新的挑战。量子通信也因其理论上的绝对安全性受到越来越多人的关注。量子纠缠态作为量子通信中必不可少的资源,在量子通信中扮演着十分重要的角色。单光子纠缠是量子纠缠态中最简单的一种形式,量子通信过程中,环境噪声不可避免地对单光子纠缠态产生影响,可能导致单光子态的光子丢失或者单光子最大纠缠态退化为部分纠缠态。这严重影响了量子通信的质量。针对量子态退化为部分纠缠态的问题,本文提出了针对电子系统W纠缠态的纠缠浓缩方案,该方案是一个循环浓缩的方案,针对一步浓缩失败的情况在不需要增加辅助电子的情况下进行循环浓缩,直至浓缩成功,具有很高的成功概率。解决传输过程中光子丢失问题的有效途径是无噪线性放大(noiseless linear amplification,简称NLA)。本文首先研究了现有的光量子态放大器的模型,综合分析其优缺点后结合量子通信的实际需求,做出了两方面的研究工作:第一,构造了一种基于纠缠态辅助的单光子态放大器,有别于以往的NLA放大器,这种放大器不仅可以放大单光子任意多模W态,而且在放大单光子纠缠态的同时可以保证光子的极化编码信息不受破坏。第二,针对最大纠缠的光量子态传输过程中可能退化为部分纠缠态的问题,本文对上述放大器做进一步改进,使其在对单光量子态放大的同时可以进行纠缠浓缩,将退相干的部分纠缠态恢复至最大纠缠态,同时保护光子极化编码信息。该放大器是完全基于线性光学元器件实现的,在现有技术条件下更容易实现,对长距离量子通信具有很大的实用价值。本文还针对现有量子通信技术进行相关研究,在现有量子直接安全通信(quantum secure direct communication,QSDC)方案的基础上提出了一种改进方案:使用单光子偏振态与相干态的复合纠缠Qubit作为信息载体实现量子直接安全通信。基于复合纠缠态的Bell态测量具有非常高的成功概率,该方案能够进一步提高QSDC的通信效率。