在线性光学的标准模型下，量子信息处理的效率低、线路复杂。借助相干态，弱交叉克尔非线性可以建立光子之间的相互作用。基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理是国际前沿热点课题之一。应用量子非破坏宇称分析，本文提出了确定或随机的量子密钥分发协议、量子隐私比对协议。非破坏宇称分析的应用使得通信效率大幅度地提高。基于弱交叉克尔非线性，本文构造了高效低耗的两光子极化比特控制非门与控制相位门，它们是完成量子信息处理任务的关键部分。无需辅助光子，应用经典前馈技术，实现效率几近100％。应用两光子极化比特控制相位反转门和纠缠门，本文提出了极化纠缠簇态的生成、链接、解链方案。借助双交叉克尔非线性和光子数测量，本文改进了两光子极化比特控制相位门，降低了实现难度及错误率，并以此为基础提出了量子傅里叶变换方案。　　本研究主要内容包括：第一章为绪论:概述选题背景和研究意义;讨论量子信息物理载体的可能候选者;介绍基于非线性光学的量子信息处理;给出本篇论文的主要研究工作和章节安排。第二章介绍量子信息学基础:量子力学基础;信息学基础;量子信息学基本概念与基础知识。第三章提出基于弱交叉克尔非线性的量子密钥分发、量子隐私比对协议。应用基于弱交叉克尔非线性的非破坏宇称分析，提出极化贝尔态的安全共享方案。在此基础上，提出两个量子密钥分发协议和一个第三方辅助的两方量子隐私比对协议。非破坏宇称分析的应用使得通信效率大幅度地提高。第四章提出基于弱交叉克尔非线性的两光子极化比特量子逻辑门的构造方案。一是两光子极化比特控制非门，一是两光子极化比特控制相位门。前馈技术提高方案效率;位移测量降低方案错误率;零拍差测量技术成熟、可操作性强。第五章提出两光子极化比特控制相位门的应用:极化纠缠簇态制备与量子傅里叶变换。基于控制相位反转门、分布纠缠门以及简化纠缠门等量子逻辑门，第一节提出极化纠缠簇态的制备、链接、解链等方案。第二节改进两光子极化比特控制相位门，应用双交叉克尔非线性和光子数测量，降低了实验难度与错误率。以此为基础，应用级联的两光子极化比特控制π/2n-1（2≤n≤N）门与阿达马门，本文提出N光子极化比特量子傅里叶变换方案。最后给出全文的总结和展望。