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经过三十多年的发展，量子通信在理论上和实验上均已取得很多突破，在现代安全通信中扮演着越来越重要的作用。伴随着量子通信实用化和网络化的发展需求，需要考虑如何实现高码率，安全稳定传送信息并实现高效网络化运行。因此，不断地探索量子通信的基础编码通信协议，从原理上突破现有编码技术的瓶具有重要意义。 本文针对量子通信大容量、高效、稳定传输的实际需求，从其基础的高维编码协议和在量子通信的应用两个层面出发，展开理论和系统结构设计的研究。提出了高维量子密集编码调控协议和基于轨道角动量的量子密钥分发协议和系统，文章主要内容是: 1、初步研究密集编码通信编码协议，提出了高维空间高效量子密集编码及控制密集编码方案，实现了高效、大容量的传送信息编码需求，并进一步实现了高维空间中量子密集编码量子纠缠通信信道和传送信息量的调制; 2、研究了轨道角动量纠缠态作为编码信息的载体在量子密钥分发中的应用，提出了基于轨道角动量的改进BB84协议及其系统。我们还进一步研究了混合自旋-轨道角动量纠缠态的量子特性，提出了自旋-轨道角动量混合纠缠态量子密钥分发系统，提出的系统具有编码容量大，安全性高，结构简便的特点。