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量子信息技术是一门量子物理学与信息学的交叉学科，它促使量子光学走向实际应用，同时也极大地扩展了信息学的研究范围。在量子信息技术中有很多非常有趣和有意义的研究课题，量子保密通信便是其中发展最为迅速的一个。量子保密通信技术基于量子物理学中的不确定性原理，解决了长期以来困扰通信领域的密钥安全分配问题，它能够绝对安全地在异地分配密钥，因此得到了广泛重视，其研究具有极高的理论和应用价值。
本文主要致力于量子保密通信技术的理论和实验研究，主要是搭建实用的量子保密通信系统，并探索新的量子密钥分配(quantum key distribution，QKD)理论方案。本文主要包括如下几个方面的研究进展：
1.提出一种基于4端口偏振分束器的QKD方案，减少了系统中器件的使用，提高了抗干扰能力，在实验上获得了长时间的稳定性，干涉对比度可达到95％以上。这种方案可采用BB84、B92等多种协议进行密钥分配。
2.在实验室内完成了一个完善的相位调制器控制电路和软件，可以实现0-10V之间连续可调的调制电压输出，可以选择多种调制模式，延时和脉宽等参数均可调，有助于实验中光路的调试。
3.搭建了一个基于QKD的完整信息安全解决方案Quantum QQ，包括光路系统、控制电路和软件。同时，提出了量子保密通信专用操作系统的概念，并完成了该操作系统的构建和实验室内的演示实验，验证了整个系统的运行。Quantum QQ不仅实现了绝对安全的量子密钥分配，而且保证了信息的安全传递，是一个完整的信息安全解决方案。
4.提出一种基于噪声时间间隔的真随机数产生方法，并设计了一个真随机数发生器。通过一系列的实验测试数据，展示了这种方法具有随机性质量高、受外界环境影响小、适用于各类噪声源、便于集成和成本低等优点，在量子保密通信及其他领域都有着广泛的应用前景。
5.提出两种可控光脉冲延时器的设计方案，一种基于偏振叠加，另一种基于光的干涉。通过精确的电路控制技术将光脉冲限制在一个回路中，当达到需要的延时时，再输出出去，从而达到光脉冲延时的目的。这两种方案原理简单，其延时的长短取决于光环路的长度以及光所循环的次数，因此可以通过电路很方便地控制。该方案具有结构简单、控制方便、延时范围广和利于集成化等优点，有一定的竞争力和应用前景。
6.提出一种动态差分相位编码的QKD方案，包括两种光路系统及完整的通信流程。通过简单的随机光延时控制和相应的通信协议可以实现安全的密钥分配。动态差分相位编码的方案适应于光纤QKD系统，具有通信流程简单、密钥生成率高、安全性比传统的差分相位编码更高等优点。该方案为现有的QKD技术提供了一种新的思路。
7.提出一种新的网络QKD应用方案，可以应用于多人共同参与的网络会议中。这里提出了两种实现方案，以BB84和以差分相位编码为原型的协议。其中，基于Sagnac环和差分相位编码的多方密钥共享方案，具有系统搭建简单、对探测器的要求不高、密钥生成率不随用户增多而减少等优点。多方密钥共享协议是现有QKD技术一个重要的应用方向，具有广阔的应用前景。