量子信息是近二十年迅速发展起来的科学，是量子力学与信息科学相结合的产物。作为量子信息的重要组成部分，量子通信以量子态为信息载体，利用量子力学原理进行信息的传递和处理。借助卫星建立全球化量子通信网络己成为量子通信的重要研究课题，因此携带信息的光子如何受大气信道的影响也受到越来越多的关注。量子纠缠作为量子信息的基本资源，已在量子通信中得到广泛应用。然而纠缠态在大气信道中传送的过程中，由于存在消相干，纠缠度会降低。为了克服这一难题，必须要运用纠缠浓缩技术。 针对量子通信中现存的问题，本文主要进行了以下两方面工作： 1)自由空间量子密钥分配过程中偏振光子受大气影响的理论研究； 2)偏振光子非最大纠缠态纠缠浓缩的光学实现。 在第一项研究中，本文主要是以Monte Carlo方法作为主要手段，对偏振光在大气中的传输过程进行了仿真模拟。首先根据Monte Carlo基本原理和Mie散射理论建立了光子在大气中传输的散射模型。然后通过实际编程得到了不对称因子g的变化情况、散射相函数、自由程L的分布情况、散射角的统计结果、散射光子坐标分布和偏振光子Stokes矢量的改变等结果，为进一步深入研究打下了良好基础。 在第二项研究中，本文提出了一个能够实现偏振光子确定性纠缠浓缩的实验方案。该方案首先采用隐形传态方法，将两个光子的偏振态传送到第三个光子的偏振和路径态，近来Bell态测量方面的研究进展保证了这种操作的确定性实现。然后，方案所需的POVM测量就可以通过本文设计的线性光学装置确定性地实现，从而实现偏振光子的确定性纠缠浓缩。所有这些操作都是当前实验技术能够达到的，因而本方案在实验上是可行的。