光子与物质系统相互作用是建立基于量子中继的长距离量子网络的基本要求,这种量子网络可以克服光子传输过程中随着距离增加信号指数衰减的问题,从而增加纠缠分发的距离。因为长的相干时间和宽的存储带宽,固态的稀土掺杂晶体成为能可靠存储光子的量子存储器。研究这种固态量子存储的工作包括发展适用于存储晶体的量子光源和提升量子存储器性质等。在这篇论文中,我们研究了两种分别适用于Nd³⁺:YVO₄和Pr³⁺:Y₂SiO₅存储晶体的量子光源,此外我们还探索了提升Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体自旋波存储效率的办法。本文的主要内容包括:1.我们第一次发现了在带宽受限时,自发参量下转换产生光子轨道角动量高维纠缠过程中会出现相位匹配的问题。这种相位匹配问题是由于拉盖尔高斯模式的空间发散引起的。我们通过追踪拉盖尔高斯模式的空间发散设计了一种年轮型的准相位匹配晶体。利用这种晶体可以提升窄带的轨道角动量纠缠的维度和纠缠态的质量。这种纠缠可以被存储到Nd³⁺:YVO4晶体中,也可以在未来基于高维纠缠的网络中发挥作用。2.我们搭建了一套基于腔增强参量下转换的超窄带量子光源。这种超窄带非简并光子对的线宽大约为2 MHz,其中闲置光子波长为c-波段通讯窗口光子,信号光子波长为606 nm,适用于Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体量子存储。此外,我们还实现了通讯波段预报的加载轨道角动量量子比特的单光子存储。3.我们在原子频率梳存储方案中实现了第一个反向读出信号的实验,实验使用的存储晶体Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体。这种方案原则上可以解决正向读出时信号重复吸收的问题。反向的信号读出是利用一对空间上方向相反的控制光脉冲来实现的。我们还在固态体系中验证了时间-反转循环优化输入脉冲波形的操作,观察到了脉冲波形优化带来的存储效率的提升。