已经诞生、正在形成和发展中的量子信息科学是量子力学与信息科学相结合的产物，它不但将以往的经典信息扩充为量子信息，而且直接利用微观体系的量子态来表达信息，从而进入人为操控、存储和传输量子状态的崭新阶段。作为量子信息科学中的重要分支——量子密码术，它是基于量子力学的基本原理——不确定性原理与单量子态不可克隆定理，具有绝对的安全性，有可能改变未来的安全通信方式，也是当前量子信息领域中最有可能率先实用化的方向之一。　　 本文主要致力于量子密钥分发技术初步实用化的研究，目标是探索1.3μm通信波长的量子密钥分发系统的新方案和新技术，并完成长距离、长期稳定的全光纤量子密钥分发系统，并在以下方面取得了突破和进展：　　 1.提出了两种利用两个偏振分束器的量子密钥分发系统，一种是基于偏振相关相位调制器的系统，利用了偏振控制器的可逆性工作特点，有效地解决了相位调制器的偏振依赖性问题。在实验上首次以1310nm波长在通信距离为25km的光纤中取得了99.4％的干涉对比度，有效密钥生成率大于0.6k比特/每秒，误码率为0.5％。另一种是基于偏振无关相位调制器的系统，巧妙的使用了偏振分束器和法拉第旋转镜组合的环形光路结构，自动补偿了光路中的相位抖动和双折射效应，提高了系统的抗干扰能力。实验上在50公里的干线光纤中获得了99％的单光子干涉对比度，稳定性达数月。　　 2.提出了利用四端口偏振分束器和法拉第旋转镜的组合，设计了本征稳定的迈克迩逊干涉仪，自动补偿了由光纤和光学器件造成的双折射效应，用此干涉仪构建的单向量子密钥分发系统满足理论上要求的干涉仪稳定性条件。同时提出了相位编码、偏振检测的新方法。实验上完成了50km通信距离，调制消光比30dB(等效干涉对比度99％以上)。　　 3.提出并演示了基于强衰减脉冲激光光子间的时间间隙随机分布的真随机数源，具有性能稳定，速率高等特点。得到的二进制随机数序列顺利的通过了随机性检验，熵值的偏差是百万之一，数学平均值的偏差是0.07％。该方案还具有很强的扩展性，不改变实验装置的情况下，可以产生任意进制的真随机数序列，实验上演示了十进制随机数序列的产生，所得到的随机性检测结果与理论值符合的很好。其次，提出并演示了以参量下转换的纠缠光子对为光子源，基于信号光子在50/50％分束器的路径随机选择产生真随机数序列，并采用符合测量方法提取随机数序列。采用国际上通用的随机性测试程序对所取得的二进制序列的分析，得到熵值的偏差是百万之五，数学平均值的偏差是0.1％，随机数序列的相关性达到10-3量级。　　 4.与他人合作完成红外单光子探测器样机，笔者主要完成整机功能设计方案，解决了其光纤耦合、雪崩光电二极管(APD)制冷及温度保持等技术难题。样机使用半导体制冷器制冷，工作于盖革模式下，双门符合提取雪崩信号，以及数字地与模拟地分开降低电噪声干扰等新颖电路设计技术。在温度为-62.5℃，门脉冲宽度为50ns，采样门控为10ns的条件下，最佳工作点的暗计数率小于4×10-6ns-1，量子效率约为18％，噪声等效功率为2.4×10-19W/Hz1/2。整体性能可与国际商用产品相媲美。