量子密钥分发结合“一次一密”的加密方案可以为通信系统提供理论上可证明的无条件安全性,构建量子计算机也无法攻破的保密通信系统。然而量子密钥分发后处理较高的处理延时和复杂度已经成为高速量子密钥分发系统的瓶颈,特别是其中的误码纠错和密性放大两个步骤,限制了最终安全密钥生成速率的进一步提高。针对这个问题,本论文首先提出了一种基于极化码的单步量子密钥分发后处理算法,通过分析Wyner窃听信道模型下量子密钥分发系统中通信双方和窃听端的信道容量,以此为依据构建可同时满足可靠性和安全性的极化码码字结构用于后处理,从而支持一次编译码即可同步实现误码纠错和密性放大两个功能,将两个步骤合二为一而无需额外的密性放大,从而减少了量子密钥分发后处理的处理延迟和系统复杂度,实现高效快速的密钥生成。仿真结果显示,在量子比特误码率范围[0,0.08]内,该算法所提取的最终密钥可同时满足可靠性要求(纠后误码率≤10^-7)和安全性要求(泄露信息量≤10^-14 bit),可满足现有实际量子密钥分发系统的需求。其次,针对该算法中最关键的极化码译码器,为了进一步降低处理延时,本论文基于可编程逻辑器件研究并实现了一种面向量子密钥分发后处理的连续抵消硬件译码器,该译码器采用了半并行连续抵消译码架构,并结合节点互联处理单元的优化技术,最终实现了2¹³bit硬件译码器。实验测试结果表明:所实现的硬件译码器在码长为2¹⁰ bit,量子比特误码率为0.08时的最大可纠错码率为0.427,满足算法要求;优化后的硬件译码器在码长为2¹³ bit时,其最大频率能够达到138.7 Mhz,提高了12.9%,查找表消耗55114个,降低了3.9%;对比相同码长下其他连续抵消硬件译码器的资源消耗,本论文实现的硬件译码器资源消耗更低,更有利于极化码译码器的长码实现。