随着科学技术的不断发展以及全球通信网络的日益完善,信息交流越来越便捷,同时信息的安全性也受到人们的密切关注。信息安全的影响遍及人们的日常生活,商业机密,军事行动以及国家政治等,其安全问题是保障人们生活的重要屏障。量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)利用量子力学基本原理使得合法通信双方获得一组无条件安全的随机密钥,密钥可以对信息加密解密,同时任何第三方的窃听都可以被通信双方发现,进而实现双方的保密通信。QKD无条件安全性的特性受到各国研究人员和政府的关注,相关的研究工作以及应用也快速发展,在国防,商业,通信等领域有不可估量的应用价值。第一个QKD协议由Bennett与Brassard共同提出,即BB84协议。之后,世界各国对QKD技术越来越重视,这使得相关的理论与实验研究步入了高速发展的时期。目前QKD协议主要分为两类:一是离散变量量子密钥分发(discrete variable quantum key distribution,DVQKD)协议,如BB84协议,E91协议等。二是连续变量量子密钥分发(continuous variable quantum key distribution,CVQKD)协议,如GG02协议,四态分离调制协议等。CVQKD协议由于其光源制备简单,测量设备成本低,效率高,且与当前光通信网络较易兼容,在中短距离下可获得较高的密钥率等优势成为当前的热门研究内容之一。在当前研究中改进或简化系统协议以及关键技术的发展均是重要的研究内容。一维调制(unidimensional,UD)CVQKD协议由于只使用一个调制器进行信息编码,调制过程简单,成本低,随机数消耗少,得到研究人员的关注。两维协议中压缩度较高时,压缩态协议性能优于相干态协议,且当前UD协议只局限于相干态,因此本文将UD相干态协议推广到UD压缩态协议进行研究,对UD相干态与压缩态的性能进行了比较。除了协议上改进外,我们还关注了在CVQKD中光纤信道偏振态变化对系统信道参数的影响,为我们分析系统安全性提供依据。本论文的主要研究内容如下:1.提出UD压缩态CVQKD协议,对UD相干态与压缩态建立统一的协方差矩阵,通过改变压缩参数就可以方便的比较UD压缩态协议与相干态协议的性能。此外,证明了制备与测量(prepare-and-measure,PM)方案与基于纠缠(entanglement-based,EB)方案的等价性,分析了正向协调(direct reconciliation,DR)与反向协调(reverse reconciliation,RR)UD相干态与压缩态协议在集体攻击下的安全性,进一步比较了DR与RR情况下两种协议的性能。通过数值仿真,得到结果:对于UD正交振幅压缩态协议,其性能在DR或RR条件下均不如相干态协议;RR条件下,UD正交相位压缩态协议在相对较长距离比相干态协议性能更优,然而其提升空间较小;UD正交相位压缩态协议在DR条件下的性能改善比RR条件下更明显,但是传输距离十分有限。结合理论分析与数值仿真结果,考虑到压缩态的压缩效应对协议性能改善并不显著,且相干态比压缩态更易制备,UD相干态协议从实用化角度考虑更具优势。2.高斯调制相干态CVQKD协议中,由于单模光纤双折射效应使得传输中偏振复用的信号光与本地光偏振态漂移,解复用后信号光与本地光偏振消光比通常会降低,这将严重影响接收端本地光与信号光的相对相位锁定以及平衡零拍探测结果,进而影响系统性能。因此,偏振锁定消光比变化对系统信道参数影响的研究分析尤为重要。本文在理论上给出偏振消光比变化对信道参数影响的表达式以及仿真结果。3.为了让学生了解一些前沿科学研究,丰富实验教学内容,研制了偏振控制与测量样机。该样机能够实现以下两方面的功能:一是能够利用波片,电动旋转台等光学器件完成对偏振态的斯托克斯矢量的测量;二是利用动态偏振控制器以及三环偏振控制器等器件演示偏振锁定的过程。