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量子密钥分配是基于量子力学测不准原理和未知量子态不可克隆定理发展起来的一种新型的密钥分配技术，在理论上已被证明是绝对安全、不可破译的。量子密码在军事、外交、金融、电子商务等领域有着广泛的应用前景。
论文首先对量子密钥分配的基本原理、几种主要的量子密钥分配协议、以及量子密钥分配实验的国内外进展进行了介绍。讨论了量子密钥分配面临的技术挑战，然后对密钥分配系统中的关键技术进行了分析与展望。
基于微弱相干脉冲的传统非等臂双Mach-Zehnder型量子密钥分发系统，我们实验研究了系统中的干涉不稳定因素，然后提出了可实现随机稳定量子密钥分配方法。这种随机稳定方法是利用跟踪相位随机漂移和实时统计方式，在短暂的干涉相对稳定时间内进行量子密钥分发。该方法能够实现稳定量子密钥分配，但它是以牺牲传送码率时间来换取稳定的量子比特传输，因此导致实际传输效率较低。但该方法与其它方法相比，无需复杂的硬件和算法，所以很容易在实际的系统中进行操作。利用B92协议，我们进行了75km的量子密钥分配实验。在此基础上我们完成了“光量子保密通信发射-接收光端机”任务，并通过了鉴定验收。
我们改进了传统的相位差分量子密钥分发方案，首次用Faraday-Michelson干涉仪代替Mach-Zehnder干涉仪用于相位差分量子密钥分配。由于Faraday-Michelson干涉仪可以完全克服偏振相关导致的干涉不稳定问题，因而大大地提高了干涉对比度和稳定度。另外，基于微弱连续相干脉冲的相位差分量子密钥分发方案，其协议效率及信号脉冲利用效率都为1，所以具有较高的成码效率。因此，我们改进后的相位差分量子密钥分配系统具有密钥生成效率高、干涉稳定性好、传输距离长等优点。基于连续微弱相干脉冲，利用相位差分协议我们进行了76km光纤量子密钥分配实验。由于改进后的相位差分方案具有许多优点，因此极具实用开发前景。
误码协调是量子密钥分配过程中必要的一步。我们比较分析了二分法纠错协议及级联纠错协议的特点：奇偶比较能够判断出奇数个误码，却无法判断偶数个误码，并且进行纠错时步骤比较复杂；而汉明纠错算法无法判断两个或两个以上的误码，但它能够快速地纠正单个误码。鉴于此，我们利用奇偶检错、汉明纠错的方法来对原始密钥进行误码协调，并给出了纠错后剩余码效率表达式及纠错后剩余误码率表达式。理论计算显示：当原始误码率为15％时，该纠错协议仍能快速降低其误码率。实验结果表明：对一段初始误码率为7.68％的原始密钥，利用N=8进行分组纠错时，在公开信道上只需要经过3次信息交换，可以完全消除误码，且其剩余码效率为49％。
由于改进后的相位差分量子密钥分发方案极具实用前景，我们对基于微弱相干脉冲相位差分量子密钥分发过程中的实际安全问题进行了综合分析，给出了安全密钥分发效率表达式。然后结合诱惑态思想，我们重新分析了实际相位差分量子密钥分发系统的安全隐患，给出了安全密钥分发效率表达式。理论分析表明：对于传统的相位差分量子密钥分发系，分光子攻击和序列攻击限制了量子密钥分发的效率，然而在结合诱惑态技术下，该系统不再受到分光子攻击及序列攻击的威胁。而且我们根据实际系统的性能参数对平均光子数进行优化，理论分析显示：结合诱惑态技术，对其系统参数进行优化后的密钥分发效率及安全的传输距离得到了大大地提高，尤其是其密钥分发效率提高了约一个数量级。虽然诱惑态技术可以与所有的量子密钥分发协议相结合，但是结合诱惑态的相位差分系统是目前效率最高的一种量子密钥分发方式，它们的结合大大地促进了微弱相干脉冲相位差分系统向实用化方向迈进。