量子密钥分配(Quantum Key Distribution,QKD)是合法通信双方利用量子力学原理协商获得一致、安全密钥的方法。量子密钥分配过程分为量子信息处理阶段和经典信息处理阶段。量子信息处理阶段主要包括量子态的制备、传送和测量,通过量子信道传递量子信息,产生密钥原料;经典信息处理阶段又称为量子密钥分配后处理阶段,主要包括对基、参数估计、密钥协商、认证、保密放大等环节,双方使用经典信道传递信息,从密钥原料中提取出安全密钥。在离散变量QKD中,参数估计主要是估计筛后密钥的比特误码率,密钥协商主要是纠错。在连续变量QKD中,参数估计主要是估计信道效率和过噪声,密钥协商主要是量化和纠错。本文着重研究量子密钥分配后处理阶段中的参数估计和密钥协商环节。主要研究结果如下:1.针对离散变量QKD中筛后密钥误码率的随机抽样估计方法,提出了最优抽样率的选取方法。分析了抽样率与误码率误判概率之间的关系,刻画了抽样率与安全密钥率生成率之间的关系,给出了随机抽样误码率估计法中抽样率的最优选取方法。以不同抽样率情况下的安全密钥生成率加权平均值是否达到最大作为衡量标准,把安全密钥生成率加权平均值达到最大值时的抽样率作为最优抽样率。最优抽样率可以提高有限长QKD系统的安全密钥生成率。2.在离散变量QKD中,将参数估计环节和纠错环节有机结合,提出了一种基于纠错的自适应误码率估计方法。将筛后密钥按照一定规模分块处理,对照第一块筛后密钥的20%,估计出第一块筛后密钥的误码率估计值,纠错并获得第一块筛后密钥的准确误码率;将第i(i?1)块筛后密钥的误码率作为第i(10)1块筛后密钥误码率的估计值,纠错并获得第i(10)1块筛后密钥的准确误码率;依此类推,逐块进行误码率估计和纠错。如果某一块筛后密钥纠错失败,则丢弃该块筛后密钥,同时将下一块筛后密钥按照第一块筛后密钥处理,重新开始上述过程。相比于参数估计和纠错环节分别独立处理的情况,自适应误码率估计方法节约了误码率估计时间,大幅度降低了筛后密钥损失。3.针对Cascade协议和LDPC码两种密钥纠错方法,分别给出了攻击者通过密钥纠错环节所能获得的关于筛后密钥的信息量上界,并提出了去除纠错过程中信息泄漏量的方法。对于Cascade纠错方法,纠错过程中信息泄漏量上界是双方交互校验和的数量,去除纠错过程中信息泄漏量的方法是逐圈跟踪,先记录每一圈中需要去除的筛后密钥比特,等待纠错完成之后一并将所记录的比特去除掉。对于LDPC码纠错方法,纠错过程中信息泄漏量上界是其伴随式向量的长度,去除纠错过程中信息泄漏量的方法是,先选取校验矩阵中线性无关的列,然后抛弃掉这些列对应的筛后密钥比特,就能够将纠错时泄漏的信息去除掉。研究结果可以为量子密钥分配后处理模块中纠错环节的设计与实现提供理论依据和技术指导。4.提出了高斯调制相干态连续变量QKD的球面协商算法。密钥协商的效率一直是限制连续变量QKD传输距离的主要因素。球面协商算法包括球面量化算法、比特选择和非二进制LDPC码纠错三个部分。球面量化将一组服从高斯分布的筛后密钥归一化后,得到多维球面上的点,把多维球面均匀分块,每一块对应固定的二进制比特串,这就是这组筛后密钥经球面量化后的结果;然后,通信双方经过比特选择和非二进制LDPC码纠错,最终得到一致的二进制比特串。相比于Slice协商算法,球面协商算法将连续变量QKD传输距离从41公里延长至56公里;相比于多维协商算法,球面协商算法将连续变量QKD传输距离从60公里延长至78公里。