量子密钥分发(Quantum key distribution,QKD)作为量子密码学和量子信息处理领域的重要研究内容,允许两个通信者之间共享一串安全的密钥,其物理上的无条件安全性由量子力学基本原理保证。作为QKD的重要分支,连续变量量子密钥分发(CV-QKD)因其在通信码率、探测器效率和器件兼容性等方面具有突出的优势,近年来受到国内外研究人员的广泛关注。目前,高斯调制相干态连续变量量子密钥分发是连续变量量子密钥分发领域的研究热点。协议的无条件安全性已经得到充分证明,且实验方面也取得了很大的进展,高速和长距离的CV-QKD相继得到实验验证。然而,目前的CV-QKD系统仍存在稳定性较差、运行效率不高、安全密钥生成速率较低、集成度较差、实际安全性存在隐患等问题,而系统硬件是引起这些问题的一个主要原因。因此,我们从系统硬件设计与实现角度出发可有效解决上述问题,进而为CV-QKD的实用化提供技术支撑。本文围绕如何从硬件设计与实现上提高高速CV-QKD系统性能以及系统实际安全性展开研究,主要工作内容如下:1.高速CV-QKD系统中,有限采样带宽效应下实际安全性的分析与研究。分析了有限采样带宽效应产生的原因:接收端所用ADC的有限采样带宽会使得脉冲峰值采样结果不准确,进而导致系统参数评估和安全密钥率计算出现偏差,并引发实际安全性问题。对此,我们提出了一种高精度的数据采集方案,并详细分析了该方案对移除有限采样带宽效应的有效性,以及新方案的硬件实现问题。结果表明,新方案不仅能有效移除存在于实际CV-QKD系统中的有限采样带宽效应,还有助于抵御窃听者的一些攻击行为,提高系统的实际安全性。另外,新方案易于硬件实现且成本较低,为提高高速CV-QKD系统的实际性能提供了有益的参考与支持。2.实际CV-QKD系统中,帧同步算法和相位漂移估计算法的硬件设计与实现。分析了系统帧同步模块以及相位补偿模块的设计难点以及现有算法的解决思路,在此基础上提出了基于FPGA的具有更好性能的帧同步算法和相位漂移估计算法,并在算法性能、实现难度、资源消耗等方面对算法进行了分析和验证。为实现更加稳定、更好性能、更高集成度的CV-QKD系统提供了保障。