随着人类计算能力的飞速提高特别是Shor大数质因子分解、Grover搜索等量子算法的提出,基于计算复杂性理论的现代密码体制的安全性受到威胁。量子密码是密码学和量子力学相结合的产物,其安全性由未知量子态不可克隆定理、Heisenberg测不准原理、测量量子态不可逆塌缩等量子物理原理保证,与敌手的计算能力无关。本文主要侧重于量子密码学的两个分支:量子保密查询协议和量子不经意传输协议的研究。量子保密查询协议是在经典保密查询和量子物理相关内容结合的产物,旨在互不可信的通信双方之间完成数据库数据的查询操作并且保护数据库的安全和用户的隐私。量子不经意传输协议以一种隐匿的方式在秘密信息的持有者和接收者之间传输信息,它是构建其它量子密码协议的基础。本文取得的主要创新性研究成果概括如下:(1)提出了相对论安全的量子保密查询协议,解决了Lo的no-go定理否定不存在无条件安全的单向双方量子通信协议的问题。该协议通过引入相对论中闵可夫斯基因果关系,借助于无通信模型,模型中的每一个参与者都被分割成若干个代理人,由于物理分离和光速的限制,代理人之间在协议的某些阶段不能互相通信。由于没有一个代理人可以在不借助其他代理人的情况下进行欺骗,即使用相对论环境中不可通信的agent避免了否定存在无条件安全的单向双方量子通信协议的Mayers-Lo-Chau no-go定理。(2)利用旋转不变的单光子量子态,解决了长距离传输密钥时因坐标系未对准给量子保密查询产生的传输误差问题。利用光子的自旋角动量和轨道角动量分别携载不同的信息构造一个在联合旋转噪声中不变的单光子量子态克服因坐标系的相对旋转造成的传输误差,从而提高光子的传输效率。在实用性方面,协议具有完全容忍系统损耗的特点。在安全性方面,用户无需信任他的测量装置也能很好的保护隐私。(3)提出基于B92协议的灵活的量子保密查询协议。与基于SARG04的QPQ协议数据库安全性或用户安全性的提高需以牺牲对方安全性为代价实现的不同,实现了数据库安全性与用户隐私双重保护。通过引入纠缠态,所提出的量子保密查询协议可抗信道损失攻击,这同时也降低了经典通信复杂度,协议还具有灵活与抗量子存储攻击的特点。(4)提出了可实时安全检测的量子保密查询协议,解决了以往保密查询协议的安全检测总在欺骗行为发生后进行的问题。通过引入不可信第三方,构造一个可进行实时安全检测的单向双方量子安全计算的框架。为了验证框架的有效性,在该框架下提出了高飞等人协议的改进方案,并分析了协议的安全性,验证了安全检测的实时性。该框架为设计单向双方量子安全计算方案提供了一个新途径。(5)研究量子不经意传输和量子保密查询之间的归约关系。提出安全的量子保密查询协议是构造安全的量子不经意传输协议的必要条件,因此证实了两个协议在量子环境下不是互相等价的。并在此基础上提出了基于量子保密查询协议和明确集区分的量子不经意传输协议。