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量子密钥分发(QKD)基于量子力学原理具有无条件安全性。自从1984年被提出以来,QKD经历了快速的发展,从点对点实验到网络应用。由于QKD信号光强度十分弱,以往的实验中一般都需要一根专门的光纤用于量子信号传输。为了降低光纤资源成本,QKD与经典光通信的融合迫在眉睫。本论文主要内容是研究QKD与经典光通信的波分复用,报道了本人参与和负责的一系列波分复用的实验实现。通过采用多级带阻滤波技术,我们对量子信道、同步信道和经典信道实现了足够高的隔离度,提出的波分复用方案实现了 QKD与基于FP激光光源双向通信的融合,传输距离达到45 km。通过波长选择和光谱与时域滤波,我们实现了共享一根光纤传输的QKD和Terabit/s经典相干光通信,光纤距离最远达到80 km。我们的验证提供了 QKD共享光纤主干链路的可行性,为拓展QKD的应用前进了一大步。通过适当降低经典光的发光功率,QKD可以融合到GPON网络中,实现的GPON用户数最多达到64,从而可以为普通用户以低成本提供高安全性的加密应用。另外,本论文还报道了利用公钥算法为QKD提供认证的实验演示,我们通过FPGA逻辑构建了 TCP/IP通信网口,用以在QKD系统和位于上位机的彩虹认证算法之间交互认证数据和认证结果。通过发展两个独立激光源的干涉技术和上转换单光子探测技术,我们完整验证了测量设备无关的QKD协议,它可以抵抗所有针对探测的攻击策略,经过50 km光纤链路,我们的系统总共产生了 25 kbit安全密钥,这是基于实际器件实现无条件安全通信的里程碑。我们模拟和优化了非平衡基矢选择方案在我们的QKD系统上的成码率,相比于标准BB84方案,非平衡基矢方案可以显著提高安全成码率。为了验证这种方案,我们还构建了基于相位调制偏振编码的系统。