信息，作为一种资源，对人类具有特别重要的意义，其安全性是任何一个国家、政府、行业乃至个人都必须高度重视的问题，信息安全最强的防御手段便是基于信息加密的密码体制。现今主流的密码体制，例如RSA等的安全性都是基于数学算法的计算复杂度，在当前计算机的计算能力下，想要短时间破解这类密码体制是极其困难的（虽然说如果有足够的时间是可以完全破解的）。但是随着量子计算机概念的提出以及近几十年量子信息技术的飞速发展，经典密码体制面临前所未有的巨大挑战。　　1984年量子密钥分配的提出给信息安全指明了新的出路，量子密钥分配的安全性基于量子力学的基本假设，可以保证远距离通信双方共享无条件安全的密钥。当量子密钥分配技术与C.E.Shannon提出的“一次一密”的加密方法结合之后，即使窃听者具有无穷的计算能力（量子力学范围内），无条件安全的保密通信仍然是可以保证的。　　作为信息安全的保证，量子密钥分配的安全性自然是重中之重。到目前为止，大多数量子密钥分配的协议安全性都已经得到证明，可是作为通信技术的一种，其实际安全性是必须考虑的问题，因为在实际系统中，实验器件不可能完美的完成协议的要求而且不产生任何的侧信道信息。目前，解决量子密钥分配的实际安全性的主要研究方法有两种:一种是找出可能针对实际器件漏洞的攻击方式并予以改进;另一种是寻找新的量子密钥分配协议，使其安全性不与依赖与实验设备，而是通过进行分析系统的输入输出信息来度量产生密钥的安全性。　　本文总结了本人在攻读博士学位期间以提高实际量子密钥分配系统安全性，达成高安全性的可实用化量子密钥分配系统为目的所完成的主要研究成果，主要包括几个方面:　　1.针对实际法拉第迈克尔逊量子密钥分配系统中的相位调制器存在损耗的问题，给出了优化的理论分析方法，有效的提高了安全密钥生成率。另外我们还提出了一些系统上的改进，用以提升系统的安全密钥率。详见第三章。　　2.在量子密钥分配的条件假设中（详见第二章）有一条就是通信双方能够使用真随机数，他们使用真随机数进行态制备，态测量等操作。可以说随机数的随机性直接影响了最后共享密钥的安全性。经典的随机数发生器（包括一些量子随机数发生器）只能通过统计分析生成的随机数的排列分布，比例等等信息来检测其随机性，但是这些都可能是由窃听者事先植入的。我们实现了一种相位编码的自检测量子随机数生成器，通过对系统输入输出信息的分析来度量随机数生成过程中包含的量子随机性，从而有效的提取随机数。详见第四章。　　3.探测端设备无关量子密钥分配系统是在协议层面解决实际系统的探测端非完美性带来的安全性漏洞的一种方案，它对于探测端没有任何安全性的要求，即使是被窃听者控制也不会对安全性产生影响。我们实现了一种新型参考系无关的探测端设备无关量子密钥分配系统，其主要优势在于省去了会使整个系统更加复杂并可能带来安全性隐患的参考系校准过程。通过一个与参考系偏差无关的特性参数来度量窃听者获取的信息量，从而保证了最后生成密钥的安全性。实验结果也表明了此协议的实际可行性。详见第五章。　　4.作为主要人员参加设计搭建合肥-芜湖广域量子密钥分配网络，此网络为全球首个广域量子密钥分配网络。共包含9个物理节点，8条光纤信道（对应着8对量子密钥分配设备）。光纤信道总长度超过200Km，其中干线长度超过150Km，连接合肥、巢湖和芜湖三座城市，网络的工作重复频率为20MHz，连续稳定运行时间超过5000小时。在组网过程中使用到了全时全通量子路由器，光开关等有效的组网技术。详见第六章。