量子密钥是通信、密码学、量子力学等领域的交叉研究学科,它具有绝对安全的天然优势,是各国在保密通信领域中的核心竞争战略之一。本文针对目前量子密钥分发的比特率较低问题,围绕基于量子纠缠态的多Bell基并行量子密钥分发的传输环节展开理论研究,所做的主要工作概括如下:1.针对传统Bell基在四维Hilbert空间中存在比较单一的问题,分析传统Bell基的量子线路结构,并利用三个Pauli门对该线路中的Hadamard门进行幺正变换,将单Bell基推广为多Bell基(即增加三种新Bell基)。研究表明,四个Bell基具有相同的通项公式表达式,量子线路极为相似;它们相互之间的幺正变换关系是等价的,且存在两组等价的Bell基;四种Bell基都可以用于量子隐形传态和量子纠缠交换等量子通信之中,其量子运算过程和结果也是非常相似的。分析结果表明,在四维Hilbert空间中客观存在着多Bell基,这对Bell基的理论发展及在量子密码学、量子通信和量子计算等方面的应用具有十分重要的意义。2.为了弥补目前基于传统Bell基的量子密钥分发的比特率较低不足,根据量子力学中的态叠加原理,提出了多Bell基并行量子密钥分发方案,多路传输量子密钥的未知量子态信息。为了进一步改善量子信道的性能,提出了利用田忌赛马方法的多Bell基并行量子密钥分发方案。该方案可以对通信双方和窃听者之间的攻防策略进行定量分析。分析结果表明,该方案增强了量子信道的安全性,减少了被窃听者成功窃听的量子信道数,提高了量子密钥的被成功传输的平均概率,进一步提高了量子密钥分发的比特率。3.针对多Bell基量子密钥分发系统中被“聪明”的窃听者可能识别测量基的潜在不安全性问题,提出利用Bell基循环群的田忌赛马方法的并行量子密钥分发方案。通过证明和运用Bell基的代数系统中的一阶、二阶、三阶和四阶Bell基循环群,形成有性能差别信道,并结合田忌赛马策略,进行并行量子密钥传输。性能分析结果表明,该方案增加了窃听者识别并行量子密钥传输过程中收发端所使用Bell基信息的难度,也增强了量子信道的安全性,降低了窃听者能成功窃取到并行量子信道的量子密钥的平均概率,也提高了量子密钥分发的比特率。4.针对基于Bell基循环群的多Bell基量子密钥分发系统离不开Hadamard门操纵的问题,提出了利用Hadamard门群的田忌赛马方法的多Bell基并行量子密钥分发方案。对于该方案,通过引入和使用一阶、二阶、三阶和四阶Hadamard门群,构建了有性能差别信道的并行量子密钥分发系统;运用田忌赛马策略,在并行的量子信道中传输量子密钥的未知量子比特信息。性能分析表明,通过运用Hadamard门群,增加了窃听者窃取到量子密钥的难度,增多了未被窃听者成功窃听的量子信道数,达到了进一步提高量子密钥分发比特率的目的。5.针对基于Hadamard门群的量子密钥分发系统中的Hadamard门的代数运算依赖于的Pauli门选择的问题,提出了基于Pauli门群的田忌赛马方法的多Bell基并行量子密钥分发方案。通过判断和证明现有八阶Pauli门群的所有代数系统中的子群,构建Pauli门群的子群树和森林,形成了性能差别信道,从而利用田忌赛马方法进行并行量子密钥分发。性能分析结果表明,利用Pauli门群的子群树和森林,也逐渐加大了窃听者成功窃听量子密钥的难度,减少了被窃听的并行量子信道数,从而改善了并行量子密钥分发比特率的性能。利用Bell基循环群、Hadamard门群和Pauli门群及其子群,结合田忌赛马模型,依次得到了三种多Bell基并行量子密钥分发方法,且前者依赖于后者。将后者的代数运算结果运用到前者后,增加了并行量子密钥分发系统被成功窃听的难度,也进一步提高了该系统的量子密钥分发比特率。