在过去的三十年中,量子信息科学飞速发展,吸引着包括物理学、计算机科学、数学和电子工程等各学科的工作者。大量的研究进展表明,量子不可克隆定理和量子纠缠等从经典物理的角度来看十分不可思议的量子物理现象,可以用于执行无条件安全的量子保密通信和指数量级加速的量子并行计算等经典方法无法完成的任务。量子网络是量子保密通信和分布式量子计算的重要研究和应用平台。通过量子隐形传态和纠缠交换等方式在光纤网络中不同的节点之间实现量子信息传递和建立量子纠缠,是构建大规模量子网络的基础。本论文的主要内容是在光纤网络中进行的量子隐形传态和纠缠交换实验研究,包括对基本原理和关键技术的分析和探索以及实验实现。我们发展了通信波段频率不相关的双光子源以及独立泵浦激光器之间时间同步等技术,并在实验上实现了独立光子之间的Hong-Ou-Mandel干涉。在此基础上,我们针对外场实验环境中的各种干扰因素设计了对应的反馈机制,在合肥光纤网络中30 km外场光纤上实现了量子隐形传态实验。该实验首次同时实现了纠缠预先分发、独立光子干涉以及主动前馈幺正操作这三项量子隐形传态在量子网络中应用所必需的要素,并得到了目前同类实验中最高的量子态保真度,说明了在城域尺度上开展量子隐形传态在技术上具有可行性。通过提高系统性能,我们实现了独立纠缠光子源之间的纠缠交换实验,在两个相距12.5 km并且没有任何共同历史和相互作用的光子之间建立量子纠缠。利用该量子纠缠,我们首次实现了基于双向经典通信的量子密钥分发,该实验同时具备了测量设备无关的安全性和光源无关的安全性。进一步,我们利用1 GHz时钟频率的纠缠光子源实现了103 km光纤纠缠交换,验证了在城际光纤网络中进行纠缠交换的技术可行性。另外,我们研制了高计数率低噪声的上转换单光子探测器,并利用其首次在实验上实现了基于自发参量下转换双光子源的被动诱骗态量子密钥分发,成功关闭了主动制备诱骗态过程中可能存在的安全性漏洞。我们在研究过程中发展起来的独立光子源干涉技术、上转换单光子探测技术以及各种用来稳定实验系统的反馈机制将在量子网络技术的研究中起到重要作用,同时为量子信息科学的基础问题的研究构建实验平台。