随着科学技术的发展，以及量子计算机的提出与研究，使得基于大数因子分解的经典密码学的安全性受到严重威胁。目前只有量子保密通信可以抵挡住量子计算机的计算攻击以及在物理上赋予窃听者的任何破译技术。但是量子保密通信的实用化仍然存在很多关键技术问题，如单光子探测器、单光子源、高质量真随机数源的研制、对光子高速的调制、高效的纠错方法、多用户体系构建等都直接关系着量子保密通信技术的应用。　　本文主要致力于量子保密通信系统中关键技术的研究和创新，针对目前系统实用化出现的问题，展开了以下几个方面的研究:　　1、提出了基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法和离散编码光子时间间隙生成真随机数的方法两套真随机数的产生方案，分别从硬件和软件两个层面解决真随机数产生的问题，并进行了实验验证;克服了以往随机数产生方案中存在的抗干扰能力弱，随机数产生速率低以及随机性差等问题，从根本上提高了通信系统的安全性。　　实验验证结果表明，两种方案均可以产生高质量的真随机数，随机性能远高于目前商用真随机数芯片产生的真随机数序列，随机数生成速率可达GHz。均可适用于任何物理噪声源，完全可以满足在实用化量子保密通信中对真随机数源随机性能、稳定性以及工作速率等方面的要求。两种真随机数发生器系统装置简单，成本低廉，易于集成，具备实用性。　　2、提出了一种基于sagnac环工作方式的便于实用化的全光纤高速偏振控制方案，可以高速、精确地控制输出光的偏振方向，工作速率可达40GHz，生成偏振光的消光比可高达30dB，从而实现高效的信息加载。避免了机械控制带来的弊端，其系统光路简单，易于调节，所需器件少，并且可以在一个端口直接输出各种偏振态的光，无需再进行后续耦合操作，稳定性极高，在精度和速率方面均可满足实用化量子保密通信对信息加载的实用化需求。　　3、提出了一种高效的应用于量子密钥分配系统中的纠错协议。此协议可实现通过小于等于2次的信息交互便可将错误率控制在10-4至10-6的水平。可以节省因多轮交互信息时进行多次身份验证所消耗掉的私钥，提高了纠错的效率。相较于现有的BBBSS协议、Cascade协议以及Winnow协议，此协议需要交互信息次数最少。此外在纠错过程中对数据块进行了变换，使得每个数据块都可以隐藏n比特的信息。在一定程度上降低了信息的泄露。相较于之前的纠错协议，为量子保密通信系统提供纠错效率更高，信息泄露更少的纠错方法，从而提高了通信系统的安全性。　　4、为实现网络化的量子保密通信，我们提出了基于相位编码偏振检测的多方量子秘密共享方案，经实验验证，实验系统的对比度可以达到99.2％。采用了法拉第镜，对光纤中光的偏振态进行自动补偿，使得系统具有很好的稳定性。在连续24小时(一般为3-8小时)的稳定性测试中，系统的对比度可以保持在98.9％左右，平均浮动为0.1％。其安全性远高于经典的秘密共享，同时该系统具有可拓展性，可根据实用需求扩充更多的合法用户。　　5、国际上首次创新性地提出了基于计算关联成像的高速公共网络密钥分发方案。密钥分发速率可以达到几百Mbit/s甚至更高，不需搭建成本极高且影响应用范围的专用量子信道，密钥生成率和安全性均不受到距离的限制，安全性高于目前经典的网络保密通信。即使利用运算速度为20千万亿次每秒的超级计算机进行破译，也至少需要上10123年的计算时间。通过此方案所有合法用户可获得相同的密钥，系统装置简单，搭建和应用成本低廉，在以公共网络为基础的商用化的网络保密通信上有广阔的应用前景。　　本文在一定程度上提出了现有量子保密通信系统实用化过程中存在的有关真随机数源、信息加载以及纠错协议等方面的瓶颈技术问题的解决方案，并且在此基础上搭建了高稳定性的多方量子秘密共享系统。国际上首次创新性的提出基于公网的保密通信网络，将在商用化的网络保密通信上有广阔在应用前景。