在星舰量子密钥分发系统中，发送量子密钥的量子卫星是低轨道卫星，追踪量子卫星的接收设备安装在船舰上。接收设备需要追踪卫星的运动，接收端基矢不可避免地会发生旋转。分析了导致基矢旋转的原因，针对BB84协议，建立了基矢旋转角与量子误码率、获取信息量的定量关系。结果表明，当传输距离为200 km，基矢旋转角分别为2°和10°时，量子误码率和获取的信息量分别为8.255×10-5和0.99、2.044×10-3和0.91。基矢旋转角大于2°时，星舰量子密钥分发系统的性能有明显下降，这表明进行星舰量子密钥分发时，需根据基矢旋转角的大小提前进行自适应校正。

基于少模光纤模分复用的量子—经典信号同传方案中,光纤内的模式耦合效应会导致信道间发生串扰,造成误码。为此,构建了少模光纤分段化链路模型,研究了光纤拼接误差导致的模式耦合强度大小,并在此基础上推导了存在模式耦合时系统的量子误码率(QBER)公式。通过比较各模式所受到的耦合强度,确定该同传方案中量子信号的最优传输模式;进一步讨论了不同纤芯轴向偏移距离、扭转角度和光纤长度对系统QBER的影响。结果表明,这三个影响链路模式耦合强弱的因素都与QBER成正相关,光纤拼接误差较小的短距离量子—经典信号模分复用同传系统可有效降低QBER。

量子密钥分发采用单光子作为信息载体，结合经典保密通信系统中的一次一密体制，可在理论上实现绝对安全的保密通信。采用拉格朗日乘数法对只选择一种算子的主动相位补偿攻击模型的量子误码率进行了系统分析，得到了量子误码率的分布规律。在此基础上，对结合多种算子进行测量的攻击模型进行了理论模拟，结果显示，在选择不同算子进行攻击时，附加误码率随着比特比值（最终量子密钥中比特0和比特1的比值）的变化而变化，在比特比值接近1的情况下，窃听所引入的附加误码率也不同，这对基于经典交互过程的实际安全性问题的研究有一定的参考价值。

针对采用偏振编码的卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气散射和卫星与地面站间相对 运动对量子偏振态相位和对准的具体影响。仿真分析了量子偏振态相位延迟和对准误差对系统量子误码 率的影响,提出了一种新的BB84协议与半波片旋转相结合的偏振补偿方案。该方案通过对准提前量补偿的 加入弥补原有补偿方案补偿过程中不能进行通信的缺陷,可基本实现零角度偏振误差,保证卫星量子通 信的安全可靠性,且因该方案仅需在原有系统上添加一个半波片,易于实现。

在量子密钥分发协议中,需要消耗一定的比特用于误码检测。研究实际QKD系统中用于检测量子误码率的检测比特数,得到了误码率、允许误差、漏检率和最少检测比特数之间的关系;分析了实际QKD系统中所需要的检测比特数。研究结果表明,实际QKD系统中,用于误码检测的检测比特数为2 760时就可以估算量子误码率。

给出了由于偏振演化引起的偏向角与量子误码率(QBER)关系，仿真了不同波长的单参考光和同一偏振态(SOP)的双参考光在不同距离上对单SOP 的信号光进行补偿时的偏向角分布，对于偏振编码的量子密钥分发(QKD)系统，提出了使用SOPs非正交的双参考光并通过在庞加莱球上跟踪双参考光的中间SOP对光量子进行偏振补偿的具体策略，最后仿真验证了该策略的可行性。

针对相位编码量子密钥分发(QKD)系统中存在的相位漂移和截获-重发攻击，分析了双马赫-曾德尔干涉仪QKD 系统，给出了探测器的输入信号模型, 计算了系统量子误码率及窃听信息量，并为提高密钥生成率提供了一种可能的方法。研究表明，相位漂移会使系统误码率增加，稳定性降低；相比理想的截获-重发攻击，窃听信息量有所下降，因此密性放大过程对窃听信息的估计值可以相对减小，最终密钥生成率得以提高。在不考虑传输光纤中的相位相对漂移时，误码率随相位漂移角度呈余弦变化，全部截获-重发攻击时的变化周期是无窃听时的一半，变化频率更加剧烈。55%部分窃听时，若合法通信者选择误码阈值为15%，窃听者可获得25.5%的信息量且不被发现。

研究了旋光-双反射结构作为星载量子密钥分发终端的精跟踪系统时的反射光偏振态保持情况, 分析了反射光面(由入射光和反射光适量确定)不一致导致的反射光子偏振态变化情况, 并计算了此时可能引入的量子误码率。根据双反射结构的特点, 给出了两个反射镜法线方向与入射光、出射光矢量之间的关系, 并据此提出了旋光-双反射结构的卫星精跟踪系统控制算法。

旋光双反射结构能够利用反射镜自身的偏振特性，配合旋光晶体实现光子偏振态的自动补偿，以减小移动量子密钥分发系统中反射镜引入的量子误码率。而该结构要求两面反射镜偏振特性完全相同，旋光晶体能够实现90°的完美旋光。从反射镜不匹配和旋光晶体旋转角度不准确两个方面对旋光双反射结构的误差进行了分析。研究结果显示，选择折射率相对大的反射镜，并且保证旋光晶体之间和反射镜之间的差异尽可能小，可以保证输出偏振态的稳定。

就时间抖动对相位编码量子密钥分发(QKD)系统量子误码率(QBER)的影响进行了系统的分析，建立了相位编码QKD系统量子误码率和时间抖动关系的物理模型，给出了单光子脉冲的一般波形函数和量子误码率之间的关系。针对高斯脉冲分布，导出了时间抖动引起的相位编码QKD系统的量子误码率与脉冲宽度和时间抖动分布参数之间的定量关系。得出高斯分布的单光子脉冲在确定的时间抖动分布的情况下系统的量子误码率。提出了通过控制系统抖动参数和单光子脉冲宽度来减小系统量子误码率的方法。