密码学是一门古老的应用科学,它在外交、军事以及人们的日常生活中都有着广泛的应用和影响。随着信息技术的高速发展,信息流通的数量攀升到前所未有的高度,对信息安全的重要性也提出了紧迫的要求。信息安全,不仅关乎到个人的隐私,社会的公平,还与个人的财产安全甚至是人身安全息息相关。随着经济的快速发展,基础科学和工程学的快速进步,人们对实用化安全密码系统的需求也在不断地发展和变化。近年来,随着电子计算机技术的发展,尤其是量子计算机及相应量子算法的提出,使得依赖于计算复杂度的传统加密算法安全性受到了严重挑战。量子计算的超强的并行处理能力将会使当前的一些密码系统失效,这迫使人们努力寻求新的绝对安全的密码体系,并以实用化的工程实现方式为信息安全提供有力保障。量子密码是量子力学与密码学巧妙结合的产物,它可以在量子力学理论的框架下,实现在不安全的公共信道中分发密钥,再结合一次一密的密码体制即可完美地实现无条件安全的保密通信。量子密钥分发自1984年提出以来一直备受关注,经过三十几年的发展,在理论和实验上都取得了很大的进展,并不断向实用化和产业化推进。量子密钥分发的实用化离不开基础科学与工程学的结合。基础科学为量子密钥分发的实现提供了理论依据和安全性证明,工程学则是将理论进行实用化的有力的工具。工程学利用现有的软件和硬件条件,搭建起理论向实际应用转化的桥梁,并且随着技术的发展,不断地完善量子密钥分发规模化和商用化的实现方式。本文介绍了作者在硕士研究生期间所从事的部分工作,主要内容为搭建和设计基于FPGA的可以应用于量子密钥分发的实验控制单元。具体内容包括以下几个方面:1.搭建并完善南京大学校际量子通信光纤网络,并对该网络做了测量、分析和改善。2.基于LSFR（Linearfeedbackshift register:线性反馈移位寄存器）算法,使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列,产生速率为200MHz的随机数序列,并且以该随机数为基础产生用于调制激光器的纳秒级窄脉冲信号,利用该脉冲调制出用于信息编码的光脉冲序列。3.实现发送端和接收端的时钟同步:使用光电转换元件将发送端系统使用的时钟信息传输至接收端系统,并使用锁相环电路将时钟信号进行恢复以产生系统工作时所需要的时钟频率,进而实现通信双方的时钟同步。4.实现单光子信号的同步采集:使用超导纳米线单光子探测器对弱相干脉冲进行探测,将输出的电信号经过后续电路的处理后接入接收端系统进行采集,并将采集到的信号序列与发送端发射的信号序列进行对比,分析系统的误码率。本论文中设计和实现的数据采集系统通过了城际量子通信网络的离线测试,实现了功能的正常运行,将有助于往实用化的方向发展。