本论文主要内容是基于多光子干涉的若干问题的实验研究。多光子干涉是一种纯碎的量子效应,其应用范围极其广泛,包括量子力学基础检验、量子精密测量、量子计算和量子模拟等等。在量子力学基础检验方面,GHZ定理以一种"非此即彼"的方式直接证否EPR实在元素的概念。2000年,人们首次实验验证了三粒子的GHZ定理。随后十几年间,GHZ定理不断地被推广到更多粒子的情形。然而,所有这些后续的实验都可以约化到三粒子的情形。通过关闭这个可约化漏洞,我们首次实验检验了真正超越三粒子纠缠的GHZ定理。在量子精密测量方面,人们发现多光子纠缠态可用来超越经典测量技术的散粒噪声极限。然而,多光子纠缠态的制备和探测往往依赖于后选择技术或低效率的非线性性。这严重影响了多光子纠缠在量子精密测量上的应用。通过偏振模式和路径模式的混合编码,我们简化了量子傅里叶变换干涉仪的搭建。在此基础上,我们确定性地观察到了最多四个光子的超分辨现象。在量子计算和量子模拟方面,玻色采样是多光子干涉的一个新的研究热点,是近期最有可能展现出超越经典电脑运算能力的模型之一。我们实验研究了两种不同单光子源的玻色采样:基于参量下转换的概率性单光子源,以及量子点确定性单光子源。前者可通过增加单光子源的数量并随机化输入的方式克服多光子亮度指数衰减难题,但是多对噪声问题依然制约着参量光源在玻色采样上的扩展,我们系统研究了这个问题并提出解决方法。后者原则上不存在多对噪声问题。最近,我们组在同一个量子点上同时实现了高亮度、高不可分辨性和高单光子性三个关键性指标。在此基础上,我们搭建了基于量子点单光子源的时间编码的可编程的玻色采样实验平台,首次把玻色采样的光子数推进到了四个,为实现真正超越经典电脑运算能力的玻色采样打下了坚实的基础。