波粒二象性是量子系统的基本性质之一,在量子理论的发展中引发了长期的讨论。经典的局域实在论认为,波动性和粒子性是光子的固有属性,单个光子只会表现出其中一种性质。这种观点无法解释光子表现出的性质与实验者观测方式之间的关联,而必须假设光子预先知道实验的设置信息,并选择表现出相应的性质。Wheeler延迟选择实验提出对上述假设的检验方法:在光子经过第一个分束器之后,再决定是否放置第二个分束器,从而确定Mach-Zehnder干涉仪是“打开”还是“闭合”,以选择要观测的光子性质。已经在多种物理系统中实现的Wheeler延迟选择实验表明,波动性和粒子性并非是预先确定的性质,而是在不同观测角度下表现出的两种现象。在Wheeler延迟选择实验的基础上,量子延迟选择实验使用量子比特代替经典随机比特,调控Mach-Zehnder干涉仪的状态。观测者可以在同种实验设置下,同时观测到波与粒子这两种互补的现象。严格的量子延迟选择实验需要满足两个基本条件,1.延迟选择:在光子进入干涉仪后,再确定控制干涉仪的量子比特状态。2.量子调控:干涉仪处于“打开”与“闭合”的量子叠加态。然而,实现量子控制门需要系统间存在局域的相互作用,这对延迟选择提出很高的要求;量子调控中,需要任意调节波动性态与粒子性态之间的相对相位,证明二者存在相干叠加。以往的量子延迟选择实验均未能同时满足上述条件。本工作的研究目标是,在多光子纠缠系统中,实现满足上述条件的量子延迟选择实验。本工作首先在Mach-Zehnder干涉仪中,对系统光子S的波动性与粒子性展开研究。1.为满足延迟选择的要求,本工作使用偏振纠缠光子C、A代替单个量子比特调控干涉仪。其中,光子C直接通过双光子量子门控制光子S的状态。光子A被传输到相距141 m的另一个实验室中,并在随机的偏振基上被测量。通过双端实验室中精确的时间同步与快速偏振随机调制,本工作实现了以上两个事件的类空分离。在光子A未被测量时,光子C不包含任何实验设置的信息,因此实验满足严格的Einstein局域性条件,符合延迟选择的要求。利用纠缠双光子C、A之间的非局域关联,本工作成功弥补了局域性漏洞。2.为验证实验中的量子调控特性,本工作对系统光子S与纠缠光子C、A进行符合测量,并将光子S投影在波动性态与粒子性态的量子叠加态上。通过调节两个叠加项之间的相对相位,实验中观测到波动性态与粒子性态的干涉。与Wheeler延迟选择实验中“波”与“粒子”的经典混合态相比,量子叠加态会受到纠缠光子C、A中相位的影响。本工作首次在无局域性漏洞的量子延迟选择实验中,观测到波动性与粒子性的可控量子叠加,对波粒二象性的物理图像进行了补充,并提供了新的研究思路。在前述非局域量子延迟选择实验的基础上,本工作进一步对光子的波粒客观性假设进行检验。实验中搭建级联的HOM干涉仪,对纠缠光子C、A进行Bell态测量,构建系统光子S与纠缠光子C、A之间纠缠的纠缠态（EntangledEntanglement）,从而实现对系统光子S波粒二象性的纠缠调控。实验测量了纠缠态中两体的关联函数,测量结果违反CHSH不等式,并超出经典极限6个标准差。这表明光子S与纠缠态C、A之间存在非经典关联。与以往的延迟选择实验不同,本研究中单个光子C的状态是混态,Mach-Zehnder干涉仪不存在“打开”或“闭合”等确定状态,从而也无法严格定义“波”或“粒子”,这直接证明波粒客观性这种经典的局域实在论并不成立。