量子信息光学是量子光学和信息科学相结合的产物，光场的量子效应在实现大容量的信息传输、超高精度的信息检测和不可破译不可窃听的量子密码方面有着极其重要的应用前景，其中包括超低噪声光源、量子信息复制、量子态光场、量子非破坏测量及量子密码等研究方向。我们的时代是信息的时代，电子和光子是两大类信息载体，以电子作为信息载体的电子信息系统在现代社会中发挥着极其重要的作用，以光子和光波为信息载体的光子器件和光信息系统虽然起步较晚但是在速度、容量、空间相容性、信息检测精度等方面都呈现出无可比拟的优越性，一旦充分地挖掘出光子作为信息载体的潜在功能，信息科学的发展将达到前所未有的水平。
不同类型的光场，其根本区别在于量子统计特性的不同。现有的光源按其量子统计特性可以分为三类：
第一类是激光诞生以前人们广泛使用的热光源，这类光源的发光机制是自发辐射过程，其光场是完全随机的噪声，用此类光源作为信息载体所能达到的信息功能十分有限。
第二类光源是激光，其发光机制是受激辐射过程，理想的激光场称为相干态，它具有许多特殊的性质，并且相干态有最小的量子总噪声（等于真空噪声），是最接近经典单色光场的量子态。相干态作为信息载体显示出极其优良的性能。然而，相干态光场下的所以物理量都具有确定的量子噪声（标准量子极限），这个极限量子噪声最终限制着相干光信息系统的功能。
第三类光源被称为非经典光场，例如，压缩态光场就属于此类光源，它的某个物理量的量子噪声会突破标准量子极限（“压缩”），如果用它来携带信息可以实现很高的信噪比，但是与其共轭的物理量的量子噪声会变大（“反压缩”）。
光信息的传输和提取受到信息系统的信噪比的限制，在理想情况下，原则上可以消除信息系统中的全部经典噪声，以达到最大限度的信噪比，但是信息系统的功能仍然受到量子噪声的限制，这一方面是由于作为信息载体的量子光场本身不可避免地会存在量子噪声，最终的信噪比将受制于这种量子噪声，如果我们套探测一个微弱信号，比如引力波、生物体的各种信息等，都将淹没在真空噪声中难以测量；另一方面，光的探测过程本身是一个量子过程，在量子理论中，测量某个系统的物理量必然会引起对该系统的干扰，从而产生附加的噪声，这将进一步限制提取信息的能力。
美国大型引力波探测装置(LIGO)
光信息系统本质上是量子系统，我们试图突破现有经典信息系统的极限时，体系中固有的量子噪声和在测量过程中仪器的反作用干扰等构成一道难以逾越的障碍。量子信息光学的主要目标就是研究这种光量子信息系统的原理和方法，最终实现对微观量子信息的有效传递和提取，以及按照主观意愿去设计和制备能实现某种特定功能的宏观量子体系。
量子信息的基体是经典信息和量子纠缠，两者具有截然不同的特性：经典信息可以克隆，但只能沿时间方向传播，而量子纠缠不可克隆，但却能把时空中的任意两点联系起来。
现有的经典信息以比特作为信息单元，从物理角度讲，比特是一个两态系统，它可以制备为两个可识别状态中的一个，如是或非，真或假，0或1，在数字计算机中，电容器平板之间的电压可表示信息比特，有电荷代表1，无电荷代表0。量子信息单元称为量子比特（qubit），它是两个逻辑态的叠加，经典比特可以看成量子比特的特例或者。用量子态来表示信息是量子信息的出发点，有关信息的所有问题都必须采用量子力学理论来处理，信息的演变遵从薛定谔方程，信息传输就是量子态在量子通道中的传送，信息处理（计算）是量子态的幺正变换，信息提取便是对量子系统实行量子测量。
在实验中，任何两态的量子系统都可以用来制备量子比特，常见的有：光子的正交偏振态、电子或原子核的自旋、原子或量子点的能级、任何量子系统的空间模式等。信息一旦量子化，量子力学的特性便成为量子信息的物理基础，其主要有以下几点：
（1）量子纠缠：N（大于1）个量子比特可以处于量子纠缠态，子系统的局域状态不是相互独立的，对于一个子系统的测量会获取另外子系统的状态。
（2）量子不可克隆：量子力学的线性特性禁止对任意量子态实行精确的复制，量子不可克隆定理和不确定性原理构成量子密码术的物理基础。
（3）量子叠加性和相干性：量子比特可以处在两个本征态的叠加态上，在对量子比特的操作过程中，两态的叠加振幅可以互相干涉，这就是所谓的量子相干性。
量子隐形传态和密集编码是量子通信中比较典型的两种方式，前者利用经典辅助的方法传送未知的量子态，而后者则是利用量子信道传送用经典比特表示的信息。在科幻电影中，常常出现这样的场景：一个神秘的人物在某处突然消失，而后却在异地莫名其妙地显现出来。隐形传送（teleportation）一词即来源于此，遗憾的是，在经典通信中，这种实现隐形传送的方法违背了量子力学的基本原理之一—不确定关系。因此长期以来，这只不过是一种科学幻想而已。然而量子通信除了推广经典信息中的信源与信道等概念外，还引入了其特有的量子纠缠（quantum entanglement），创造了量子隐形传态这样一个经典通信中不可思议的奇迹。1993年，Bennett等六位科学家在Phys.Rev.Lett.发表了一篇开创性文章，提出将未知量子态的信息分为经典信息和量子信息两部分，分别由经典信道和量子信道传送给接受者。经典信息是发送者对原物进行某种测量（通常是基于Bell基的联合测量）所获得，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息。
在量子隐形传态中，实现了经典信息对量子信息的传输。那么，我们是否可以利用量子信道来传送经典信息呢？假设Alice和Bob共享处于纠缠态的一对粒子，从而建立量子通道。Alice在四种可能的幺正变换中任选一种对其纠缠粒子A进行操作，这种作用实际上是将两个比特的经典信息进行编码。其后，Alice将粒子A发送给Bob，Bob通过对两个粒子进行Bell基联合测量，即可确认Alice 所做的变换，从而获得2个比特的信息，也就是说，仅仅通过传送一个粒子便能成功地传送2个比特的经典信息。这就是所谓的“密集编码”（dense coding）。
参考文献：
[1]郭光灿. 量子信息引论[J]. 物理(5):286-293.
[2]薛鹏. 量子通信及其物理实现[D]. 中国科学技术大学, 2004.
[3]郭光灿. 量子信息光学[J]. 物理, 1996, 25(6):6.
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