量子隐形传态作为一种崭新的信息传递方式,一直是科学家们的研究热点。依托分发的纠缠资源,结合经典信道,量子隐形传态可以将一个未知的量子态传递给另一方。在空间大尺度上实现量子隐形传态,不仅仅是构建全球化量子通信网络的重要一环,同时也会对分布式量子计算有重要意义。目前量子隐形传态的距离已经达到百公里量级,受限于地球曲率的影响,进一步在地面点对点之间进行更远距离的传递变得十分困难。依托卫星平台的地星量子隐形传态成为了一种必然的选择。作为国际上首次地面到卫星的上行量子隐形传态的尝试,在实验中面临着诸多挑战,诸如链路衰减大,相对运动发射接收装置之间的偏振补偿等诸多技术问题。本文针对这些问题,对上行量子通信链路进行了研究,提出了切实可行的解决方案,完成了地面到卫星的链路构建,并成功实现了地星量子隐形传态实验。本文首先实现了高偏振保真度、高效率的链路构建。在偏振保真方面,我们对双离轴抛物面结构的发射天线保偏性质进行分析,进一步对地面到卫星之间相对运动带来的偏振变化进行研究,提出了一套偏振补偿方案,成功实现了地星信道HV偏振大于0.995的保真度。在链路效率方面,通过对卫星动态跟踪闭环过程中,信号光发射滞后于信标光的问题的研究,作者提出了一种超前跟踪模型,利用地球相对恒星的运动,完成超前模型中参数的标定,成功实现了地星之间信号光的高稳定高效率的传输。在500~1400km的地星链路中,达到了 41~52dB的链路衰减。基于此链路,本文演示了两种方案的地星量子隐形传态实验。我们首先介绍了作者负责完成的基于双光子极化,路径纠缠的Rome方案实验。通过对双光子光源的搭建,和本地的模拟实验,验证了光源在阿里地区海拔高、风力大、温度变化快的恶劣环境下的稳定性。通过单边上行链路的纠缠分发,完成了 CHSH不等式的破缺,验证了在通过千公里量级的自由空间信道,量子纠缠特性依旧存在。利用6轨实验成功传送6个非正交基矢纯态共计2471事例,平均保真度为0.825±0.009。此方案可以应对未来在对一些特殊纯态的传递需求。我们随后介绍了作者参与的基于四光子极化纠缠的Innsbruck方案的量子隐形传态实验,平均保真度为 0.800±0.010。这些工作不仅仅对上行量子隐形传态任务以及激光通信有着重要推进意义,同时对于构建全球化量子通信网络迈出了重要的一步。本论文的创新之处有:1、国际上首次完成了地面到卫星的高效率,高偏振保真度的上行链路的构建,跟踪精度达到了 3μrad,超前精度优于0.2μrad,在500～1400km的上行链路中链路衰减为41～52dB,同时HV偏振保真度达到0.995。2、国际上首次实现了地面到卫星的量子隐形传态实验。在两种方案的实验中,均完成了 6种量子态的传送,平均保真度均高于0.8,超过经典极限的2/3。这些结果也验证了上行链路的构建对于地面置换光源,完成其他不同量子通信的任务的能力。