量子信息是近三十年发展起来的新型交叉学科,它的研究内容涉及物理学、信息学、密码学、数学等多个科学领域。量子信息主要包含量子计算和量子通信两大分支,两者都是以量子态为信息载体,利用量子力学的基本原理实现经典计算和通信所不能达到的计算能力和安全性。量子纠缠是量子世界的特有现象,没有经典对应。纠缠同时也是量子世界中的一种重要资源,在量子信息处理中有着广泛的应用。光子由于传输速度快、容易操控等优点被认为是最有前景的量子通信物理实体,研究者们常常利用光子的极化和相位自由度来编码信息。在过去的几十年里,研究者们在自由空间和光纤中进行了大量的以光子作为信息载体的量子通信实验。在量子信息处理的过程中,主要涉及到信息的初始化、传递、操控和读取四个部分,实验上则对应为量子态的制备、传输、操控和测量。量子态测量也就是区分,是量子信息处理过程中读取信息的关键步骤。本论文提出了基于频率自由度辅助的N光子GHZ态区分方案。我们借助光子的频率自由度和单光子贝尔态的测量原理,完成了极化自由度的贝尔态和三光子GHZ态的区分,并推广到了N光子GHZ态区分的一般情形。方案仅需线性光学元件即可非局域地区分一组GHZ正交基矢,理论成功率为100%。本论文还研究了远程量子通信中的纠缠共享问题。远距离通信各方之间纠缠信道的建立是实现基于纠缠态的量子通信的首要条件。在实际传输过程中,量子态的保真度和纠缠度势必会受到环境噪声的影响。我们提出了借助时间自由度在噪声条件下远距离共享极化纠缠态的高效纠缠共享方案。我们以三光子极化GHZ态和W态为例,并将方案推广到N光子任意纠缠态共享的普适情形。方案可在远距离的通信各方之间以100%的成功率共享保真度为1的极化纠缠态,在量子通信中有很好的实用价值。