量子通信是量子力学与信息学交叉融合而产生的一门前沿学科。基于量子态相干叠加原理、量子态不可克隆原理等量子物理特性,量子通信具有超越经典通信的安全性与高效性。然而由于开放量子系统与环境相互耦合导致量子相干性的衰减,形成量子信道噪声,使得量子信息传输的有效性降低。在很多量子通信方案中,预先约定的纠缠纯态是一种重要的资源,但由于退相干的影响,量子系统具有的纠缠模式逐渐丧失,粒子间的纯态纠缠发生杂化,量子通信的信噪比下降,甚至导致通信失败。因此,无论是在点对点量子通信系统还是在量子通信网络中,克服退相干的影响、提高量子通信的质量是十分关键的问题。本文围绕量子噪声信道中纠缠退相干对隐形传态的影响、两粒子及多粒子纠缠态的补偿与保护方法、量子噪声网络中的多跳通信机制等展开一系列研究,论文主要工作如下:1、在分析幅值阻尼信道量子隐形传态过程的基础上,提出了一种最大化隐形传态保真度的两阶段Bell态纠缠补偿方案。与传统的仅在退相干之后进行纠缠纯化的被动式方法不同,该方案包括在纠缠退相干发生之前的预补偿以及退相干之后的匹配补偿,前者在纠缠源处进行,后者在量子通信用户处进行。着重研究了匹配补偿参数与预补偿参数的关系,给出了最佳匹配补偿参数的设计方法。理论分析与仿真结果表明,相比于传统的纠缠纯化方法,该方法能够更有效地克服幅值阻尼退相干,进一步提高量子隐形传态的质量。2、围绕噪声信道上多粒子纠缠态的纠缠退相干问题,将基于弱测量与反转测量的的方法扩展至三粒子W-like态的纠缠保护,得到了等效幅值阻尼系数与弱测量强度参数的关系,在理论上验证了该方法对提高纠缠态保真度的效果。然而,在三粒子W-like态的纠缠保护过程中,存在成功概率较低的问题,为此,提出了一种“半迭代”测量方法,在获得相同的纠缠态保真度的条件下,该方法有利于提高弱测量与反转测量的总体成功概率,降低纠缠保护中的量子纠缠资源消耗。3、为解决量子信道上的双向通信问题,首先提出了一种基于8粒子复合GHZ态来传输3粒子GHZ态的双向隐形传态方案,并给出了双向传输N粒子GHZ态的扩展方案。在此基础上,进一步研究了量子信道噪声对双向隐形传态保真度的影响,并采用弱测量与反转测量方法对信道中分发的部分纠缠粒子进行纠缠保护,仿真结果表明,该方法能够有效地提高双向量子隐形传态的保真度。4、针对噪声背景下量子纠缠网络中的多跳通信问题,给出了相位阻尼以及幅值阻尼信道上纠缠交换路径的纠缠保真度计算方法,并提出了路径等效阻尼系数的概念,建立了量子网络层与量子物理信道层的关联。以此为基础,研究了固定量子网络和自组织量子网络路由协议的设计方法。两种网络均以最小化路径等效阻尼系数为目标寻找最佳路由。对于固定量子网络,节点以分布式策略收集并发布量子链路状态信息,并基于改进的Dijkstra算法以及纠缠资源预留策略进行路由计算。对于自组织量子网络,提出了一种将主动路由策略与按需路由策略相结合的混合路由策略。仿真结果表明,相比于其他量子路由协议,以上的两种路由方法均能够获得更高的隐形传态保真度,并在路由发现时间、路由开销等方面获得更好的综合性能。