量子信息和量子计算科学是量子力学与经典信息科学、经典计算科学结合产生的交叉学科。近年来，有关它的研究进展非常迅速，成果丰硕。理论上，量子计算已展示出了强大的能力。人们利用量子计算机可以有效地解决一些对经典计算机来说是“困难”的问题，其中最激动人心的一个例子是可以利用量子算法有效地解决大数的质因数分解问题。在实际应用中，量子计算机只有在达到一定的规模时才能体现出它的巨大优势，但达到一定的规模的量子计算系统一般而言受到消相干和耗散等的影响随规模增加变得显著，由此导致实际构建实用可行且高效的量子计算机非常困难。为解决这个问题，类似于经典并行计算和经典网络，人们提出了分布式量子计算和量子网络的概念。 分布式量子计算的基本任务是一系列量子操作的远程实现和非局域操作的局域实现。在仅使用局域操作、经典通信和共享纠缠资源(LOCCSE)情况下如何完成这些任务，是其研究的一个基本问题。纠缠资源是量子信息处理过程中的重要资源，它是非常珍贵的，而节点间的通信也是影响计算速度的重要因素。所以，如何利用最少的纠缠资源和经典通信来完成这些任务是一个非常重要的课题。这一问题的研究对更深入地理解量子操作也具有重要的意义。这篇论文的主要内容就是如何在使用尽量少的资源情况下完成量子操作的远程实现和非局域操作的局域实现。 1.局域量子操作的远程实现。 量子操作的远程实现是指一方拥有一个执行量子操作的设备(黑盒)，而要在不实际传送这个设备的前提下，通过LOCCSE，将其作用到另一方的量子比特上的过程。在量子操作未知时，目前已知只能通过双向量子态隐形传态(BQST)的办法来完成。BQST方法对任意的量子操作的远程实现都是适用的，但是使用它需要较多的资源。在已知量子操作的部分信息时(已知操作属于某限制集中时)，可以使用更少的纠缠资源和经典通信量来实现它。Huelga等和王安民分别研究了一些特殊的限制集中的量子操作的远程实现问题，并给出了相应的最优协议(HPV协议和Wang协议)。这里“最优”指使用最少的纠缠资源和经典通信量。 我们综合考虑前面的结果，提出一个适用于一类具有块矩阵形式的量子操作的远程实现的最优协议，并且前面的协议(BQST，HPV，Wang)都可以看成它的一个特殊形式。大多重要的量子操作具有块矩阵的形式，例如控制-U操作，但是，这类操作是不能利用HPV协议和Wang协议来完成的，而使用BQST方法则需要较多的资源。我们的协议给出了一个远程实现已知具有这种形式的操作的一个最优的实现方案。 2.非局域量子操作的局域实现。 非局域量子操作的局域实现是指通过LOCCSE，在分别属于两方(或多方)的量子比特上实现一个非局域操作的过程。同样，BQST方法对任意的非局域操作都是适用的，但是在量子操作具有某些形式的情况下可以使用更少的资源来实现。Eisert等研究了几个重要的非局域操作的局域实现问题，特别地，他们给出一个非局域实现Cnot操作和控制-U操作的协议，仅需BQST方法一半的资源，我们证明了，一个类似的协议实际上可以用于任意的具有块对角和块反对角形式的量子操作，即使在只知道这个操作的结构而不知道具体细节的情况下。同时，这个协议是与块的维数无关的，也就是说，如果块是2N×2N的，即黑盒是一个(N+1)量子比特操作，后N个量子比特在黑盒的拥有者处，协议也是适用的。我们将这些结果推广到了两方多量子比特操作的情况和多方情况。 目前对非局域量子操作的局域实现问题集中在使用Bell态来完成上，在多方的量子信息处理过程中，GHZ态也是一个非常重要的纠缠资源。我们给出了一个使用一个共享GHZ态来实现连续两个块对角操作的协议。这个协议可以用来实现三量子比特两个目标位的Cnot操作，我们证明了，对局域实现这个操作而言，一个共享的GHZ态是必需的。 本文将在第一章介绍量子信息和量子计算的基本概念和基本的量子信息处理过程。第二章讨论局域量子操作的远程实现问题。第三章讨论非局域量子操作的局域实现问题。最后，在第四章对全文做出总结。