量子通信的核心是量子密钥分发（Quantum key distribution,QKD）。其安全性主要是基于量子不可克隆定理和海森堡不确定原理,在理论上满足“一次一密”加密系统的要求。在实际的应用中,QKD协议所需的理想条件很难达到,所以,进一步,在 QKD 的基础上,测量设备无关 QKD（Measurement device independent,MDI-QKD）有效的解决了针对探测器端的量子黑客攻击,同时利用其结构的优势将通信距离延长了两倍。现有的MDI-QKD协议通常采用弱相干光子（Weak coherent photons,WCP）,这种光源是通过衰减激光获得的,含有较高比例的真空状态和多光子状态,而单光子的占比较少,这导致协议很容易遭受光子数分离（Photon number separation,PNS）攻击。此外,目前基于偏振的协议都存在参考系依赖基校准的问题,而且,极化态在通信过程中产生态漂移,会影响密钥率的产生。为了解决以上问题,我们提出基于参量光源和轨道角动量（Orbital angular momentum,OAM）的MDI-QKD协议。同时,对于量子通信来说,它的未来必然是建立在量子网络的基础上,量子网络中的非局域性在量子网络通信的研究中起着至关重要的作用。但在量子网络中,量子非局域性的表征是很困难的,尤其是在多个信源和多个参与方的情况下。鉴于此,本文证明了基于三粒子纠缠W态与其他纠缠态组成的混态的量子网络非局域性。本文的主要研究内容如下:（1）本文提出了基于参量光源和OAM的MDI-QKD通信协议。该协议将参量光源和OAM相结合,使得MDI-QKD协议的性能逐渐接近理想情况。本文中所使用的参量光源主要包括单光子增强相干光源（Single-photon-added-coherent sources,SPACS）和标记单光子源（Heralded single-photon sources,HSPS）。本文提出了基于SPACS光源和HSPS光源的OAM-MDI-QKD协议。SPACS光源不含真空态,而且其光源中所包含的单光子比例较高。SPACS的这种优势结合OAM不依赖于基的特点和诱骗态方法,使得协议逐渐接近理想情况。对于标记单光子源（HSPS）而言,参量下转换中产生一对光子对,通过对其中的一个光子进行探测以此来标记另一个光子的过程可以得到HSPS。而在这个过程中,大量的真空态被消除,从而提高了密钥速度,增长了最大安全距离。（2）接着,本文对基于SPACS和HSPS光源的OAM-MDI-QKD协议进行安全性分析,同时进行数值仿真,将本文提出的基于两种参量光源的OAM-MDI-QKD协议与基于WCP的OAM-MDI-QKD协议在密钥率和最大安全距离这两个性能指标上进行了比较。通过数值仿真,结果表明,与基于WCP光源的协议相比,基于HSPS和SPACS两种参量光源的协议具有更高的光子利用率和更长的传输距离,最大安全传输距离增加了 30km和40km。（3）最后,本文针对量子通信在量子网络中的应用,提出了基于三粒子纠缠W态的量子网络的非局域性证明。本文使用W态作为量子源,构造针对W态的测量基,并计算其关键数值,得到其对非线性Bell不等式的违反,证明了量子网络的非局域性。接着,本文将W态和二分纠缠纯态的混态作为量子源,同时将这种测量方式推广至有N个参与方的量子网络,证明了N方量子网络的非局域性成立。此外,为了验证该研究是否具有实际作用,本文加入了噪声,计算当量子网络中含有噪声时,量子非局域性的违反依然成立,证明了在基于W态的多方量子网络中允许噪声的存在。