量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)是通过量子力学中基本的物理原理来保证在密钥分发过程中的无条件安全性。而在实际的量子密钥分发协议实施过程中,由于实际器件的性能难以满足理论的假设条件,因而留下了诸多的安全漏洞。幸运的是,对于这些安全漏洞,人们通过改进的QKD协议,使得QKD系统的安全性仍然得以保证,例如测量设备无关的量子密钥分发(Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution,MDI-QKD)协议,其能够免疫一切针对测量端设备的攻击。此外,结合诱骗态技术,也可以保证系统源端的安全性。然而由于MDI-QKD系统在具体的实现过程中需要对偏振与相位参考系进行对齐,因此需要增加额外的设备,导致系统的复杂度较高。而即插即用型RFI-MDI-QKD(Reference Frame Independent and Measurement Device Independent Quantum Key Distribution,RFI-MDI-QKD)协议,通过结合RFI-MDI-QKD协议与不可信源的MDI-QKD协议,使得系统不仅免疫一切针对测量端攻击,同时使系统不需要进行参考系对齐,并且仅在测量端使用一个光源即可,从而大大降低了实现复杂度。基于此,本文主要研究即插即用型RFI-MDI-QKD协议的参数优化与系统编码单元的设计与实现。首先,简要介绍量子密钥分发的基本概念,同时给出了量子密钥分发的理论与实验研究进展以及未来的发展展望;其次,介绍了与量子密钥分发相关的量子力学与量子光学的基础知识,以及即插即用结构的QKD系统;分别讲述了诱骗态协议的提出背景与基本原理,为后文中的参数优化奠定基础;着重讲述了即插即用型RFI-MDI-QKD协议的基本原理与密钥率计算方法;第三,针对即插即用型RFI-MDI-QKD系统进行参数优化,包括部分优化与全优化,对比了在不同传输距离下与不同参考系之间的相对相位角度下的优化结果,结果显示:在短距离下,部分优化结果的密钥率要稍微高于即插即用型RFI-MDI-QKD系统原始文献的密钥率,而全优化后密钥率高于原始文献密钥率一个数量级;在长距离下,发现原始文献的诱骗态参数刚好是部分优化与全优化的局部最优值;在同一传输距离不同的参考系相对角度下,部分优化结果显示随着相对相位角度增大,系统的密钥率降低,而全优化在不同的相对相位下,系统的密钥率基本相同;第四,针对即插即用型RFI-MDI-QKD系统的编码单元进行了设计与实现,主要分为三个模块:(1)PC与FPGA通信模块,主要负责在PC中产生随机数,然后通过PC与FPGA之间的PCI-e接口将随机数送入到FPGA中,在FPGA中通过设置DC-FIFO来缓存随机数;(2)FPGA中的编码与输出模块,通过读取DC-FIFO中的随机数,然后根据时间相位编码的要求与全优化后所获得的诱骗态参数,生成控制强度调制器与相位调制器的数字信号,并按照一定的时序输出;(3)幅度控制模块,用于接收FPGA输出的控制强度调制器与相位调制器的数字控制信号,通过射频放大器、DAC等调整数字信号的幅度之后送入到电光调制器当中。第五,对全文进行总结,并对未来的工作进行展望。