二十世纪中叶,美国科学家香农奠定了密码学的理论基础,开启了现代密码学的开端,现代密码学得到了长足的发展。七十年代,公开密码体制的新思想的创立,标志着现代密码学的诞生,引起了数学界、计算机科学界和密码学界众多学者的广泛关注和深入探索。随后RSA密码系统的提出,联邦数据加密标准DES颁布,为密码技术在商业、金融等民用领域的普遍应用创造了条件,展示了令人神往的广阔前景。但是,近年来随着计算技术的飞速发展,基于计算安全性的现代密码体制面临极大的威胁,特别是量子计算已经初露端倪,具备横扫传统密码体制的可能时,人们开始寻求新的保密措施。其中,以基于微观粒子的量子属性实现对信息的保护,即量子密码展示了最明朗的应用前景。量子密码利用量子力学原理实现密钥安全交换,即“量子密钥分发”(QKD)。量子密钥分发为传统密码遇到的密钥交换问题提供了一种理想的解决方案,两者的结合就构成了所谓的“量子密码”(Quantum Cryptography),这种新的密码系统能够在量子计算机时代提供安全可靠的加密保证。本文首先通过研究各种量子密钥分发协议,讨论了对攻击和窃听的检测,分析了量子密钥分发的安全性,并调研了国内外空间和光纤量子密钥分发的最新实验进展。其次,选取了典型的量子密钥分发方案,通过对光纤量子密钥分发系统的密钥传输率和量子比特误码率进行了理论模拟和仿真计算,研究了光纤的损耗和色散导致光脉冲在传输过程中衰减和展宽,以及单光子探测器暗计数对传输距离的影响,确定了最佳初始脉冲宽度和相应的理论传输距离。再次,开展了关于通信波段红外单光子探测器的研究和制作,使用InGaAs雪崩光电二极管(APD)作为光敏感元件,通过优化外围驱动电路,使其工作在盖革模式下,利用其自身的自持雪崩来进行单光子检测。本文重点讨论了InGaAs雪崩光电二极管的结构、工作方式以及在单光子检测中要克服的主要困难和需要解决的关键技术问题,并介绍了无源抑制模式下红外单光子探测器的工作原理、功能设计、电路设计和实验样机的工作参数。