چکیده در یک سیستم مخابرات کوانتومی، اطلاعات کوانتومی از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر ارسال می‌گردند. به دلیل استفاده از زیرساختی به نام درهم‌تنیدگی کوانتومی، سیستم‌های مخابرات کوانتومی بسیار امن و غیرقابل نفوذ هستند. توزیع و کنترل درهم‌تنیدگی در مقیاس جهانی از ملزومات مخابرات کوانتومی راه دور است. هم‌اکنون تنها سیستم کوانتومی مناسب برای مخابرات کوانتومی راه دور فوتون‌ها هستند. یکی از مشکلات طرح‌های مبتنی بر فوتون، تلفات فوتون و پدیده ناهمدوسی در کانال کوانتومی است. این موضوع فاصله قابل عبور برای تک فوتون را به حدود چند ده کیلومتر در فیبرهای سیلیکایی محدود می‌کند. این مشکل را می‌توان با تقسیم فواصل طولانی به فواصل کوتاه‌تر بر طرف کرد، به‌ طوری که بتوان درهم‌تنیدگی را در این فواصل کوتاه‌تر حفظ کرد. سیستمی که این وظیفه را به عهده دارد، تکرارکننده کوانتومی نامیده می‌شود‌‌. با استفاده از مفهوم مبادله درهم‌تنیدگی می‌توان انتقال درهم‌تنیدگی روی فواصل دورتر را میسر کرد. به علاوه برای از بین بردن آثار ناهمدوسی القا شده در کانال کوانتومی، باید از پالایش درهم‌تنیدگی در تکرارکننده کوانتومی بهره برد. در این پایان‌نامه، طراحی تکرارکننده کوانتومی انجام می‌شود‌‌ و اجزاء آن معرفی می‌گردند. ارتباط میان اجزاء تشکیل دهنده و نحوه عملکرد تکرارکننده کوانتومی تشریح می‌شود‌‌. در ادامه طراحی، شبیه‌سازی و پیاده‌سازی برخی از زیر بخش‌های تکرارکننده کوانتومی انجام می‌شود‌‌. دو روش مجزا یکی مبتنی بر مدارهای مجتمع نوری و دیگری مبتنی بر ادوات نور خطی برای واحد تولید کننده زوج درهم‌تنیده ارائه می‌شود‌‌. در روش مبتنی بر مدارات مجتمع نوری، از موج‌برهای توری استفاده می‌شود و زوج فوتون‌های درهم‌تنیده‌ای با طول‌موج‌های 692 نانومتر و 950 نانومتر تولید می‌شود. روش مبتنی بر ادوات نور خطی برای تولید زوج فوتون درهم‌تنیده، در محیط آزمایشگاه به‌ طور تجربی پیاده‌سازی می‌شود‌‌. در این سیستم تولید کننده زوج فوتون درهم‌تنیده، طول‌موج لیزر 405 نانومتری به کریستال غیرخطی BBO تابانده شده و تعداد 88 زوج فوتون درهم‌تنیده در طول موج 810 نانومتر در بازه زمانی 30 ثانیه تولید و اندازه‌گیری شده است. از سوی دیگر، گیت‌های کوانتومی نظیر NOT و CNOT به روش مدارهای موج نوری طراحی و شبیه‌سازی شده و با استفاده از آنها روشی برای مبادله حالات کوانتومی ارائه می‌گردد. شکافنده پلاریزاسیونی پرتو به عنوان یک عنصر کلیدی در اندازه‌گیری حالات بل استفاده می‌شود‌‌. با استفاده از روش های مدار مجتمع نوری، طرحی تحت عنوان فیلتر پلاریزاسیونی ارایه می‌شود‌‌ که عملکرد آن معادل شکافنده پلاریزاسیونی پرتو است. توزیع درهم‌تنیدگی کوانتومی به عنوان زیربنای اصلی تکرارکننده کوانتومی و مخابرات کوانتومی مطرح است. پروتکل جدیدی برای توزیع درهم‌تنیدگی ارائه خواهد شد که قابلیت کشف و تصحیح خطای تغییر کیوبیت در کانال کوانتومی را داراست.