量子信息学是近几十年发展起来的新型交叉学科,是量子物理学与计算机科学、信息科学相结合的新兴研究领域,它主要包括量子通信和量子计算两个部分。近年来,量子信息学在理论和实验上都取得了重大的突破。量子通信利用量子信道传递经典或者量子信息,其主要优点是能在合法的通信者之间实现无条件的绝对安全通信。量子通信在军事国防、金融保密等领域具有很好的应用前景,主要的量子通信方案有量子密钥分发、量子秘密共享、量子安全直接通信、量子隐形传态等。实验装置缺陷和信道噪声在一定程度上限制了量子通信的距离,甚至会引入侧信道从而为窃听者截获信息留下潜在的漏洞。本文主要研究了测量设备无关的量子通信理论,并重点研究了测量设备无关的量子安全直接通信和量子秘密共享,相关的研究成果可以归纳为如下三个部分:第一,提出了长距离测量设备无关的量子安全直接通信方案。该方案可以消除量子安全直接通信中测量设备缺陷带来的安全漏洞,并通过引入额外的量子网络节点增加了量子通信距离。第二,提出了确定性测量设备无关的量子秘密共享方案。我们的方案关闭了测量设备缺陷引入的漏洞,同时消除了测量设备无关量子秘密共享中的基矢比对筛选过程。参与通信的各方之间可以确定性的生成量子共享密钥,从而大幅提升了共享密钥的成码率。另外,该确定性的密钥共享过程可以直接转化为多方之间的确定性秘密共享过程。第三,提出了基于退相干无关子空间的自由空间单光子量子安全直接通信方案。该方案利用光子极化和横向模式的退相干无关子空间消除了自由空间通信中极化编码的主要噪声——旋转噪声的影响。从原理上,消除了参考系失准带来的负面影响,同时消除了实际信道中旋转噪声的干扰。