近年来,随着量子并行计算和量子计算机的发展,基于计算复杂度的经典密码体制面临着被攻破的危险。那么设计新的通信方案,满足日新月异的需求,势在必行。而量子信息技术以量子态为载体,借助量子力学的纠缠特性和相干叠加性等物理特性,为设计新的通信方案提供思路。所以,运用量子信息技术设计新的通信方案具有重要的意义。离散时间量子随机漫步,作为量子信息技术中的一种模型,被运用到通信方案的设计中,例如实现完美态传输,消息认证等。从信息传输的角度,基于网络通信的实际情况,运用离散时间量子随机漫步,设计完美态传输方案。另外,在通信中,安全性也是一个非常重要的方面。所以,运用离散时间量子随机漫步设计量子哈希函数,并运用量子哈希函数设计安全性更高的消息认证方案,同样具有重要的意义。本文对离散时间量子随机漫步的特点和应用进行了研究,并运用离散时间量子随机漫步设计了两个通信方案。论文的主要工作概括如下:(1)基于离散时间量子随机漫步提出了一个完美态传输方案。从传输的初始硬币态形式、实现完美态传输所需的步数、适用的网络模型、以及保真度和概率这个四个方面对方案进行分析,该方案具有以下的特征。首先,单量子比特的初始量子态以保真度1从源节点传输到目标节点,并且传输所需的步数是有限的,所以量子通信方案在实际中的执行变得更加容易。其次,由于对网络模型的限制比较少,本方案可以被应用到更加一般的网络模型上,比如蝶形网络、倒冠型网络、杯型网络以及扩展的蝶形网络。最后,对方案传输的量子态形式进行扩展,实现两量子比特的初始量子态的完美态传输。并且单量子比特态和两量子比特态的传输概率都为1。(2)基于改进的量子哈希函数提出了一个消息认证方案。该方案主要分为两个部分:加密算法和认证算法。一方面,将初始的明文与其对应的哈希值进行级联,采用高级加密标准(Advanced Encryption Standard,AES)对级联后的结果进行对称加密,这使得初始消息可以抵抗窃听攻击。其次,针对现有的量子哈希函数没有考虑初始消息长度小于规定长度的问题,对输入长度小于规定长度的初始值,随机生成0和1的二进制比特串,再用这些随机比特串对初始消息进行补全。提高了初始值的复杂度,可以抵抗对初始消息的暴力破解。进而,采用改进的量子哈希函数作为认证函数。综上,此消息认证方案与以往的消息认证方案相比,具有较高的安全性。