量子信息科学是物理科学与信息科学交叉融合产生的新兴学科领域。该学科以量子力学的基本原理为基础，主要研究量子信息处理，包括量子计算机、量子通信、量子密钥分配等几个方面。将量子系统的特性应用到信息领域中，可以在许多方面突破经典信息理论的极限，实现经典信息处理难以想象的功能，如大数因子分解、隐形传态、绝对安全的密码等。量子信息科学的诞生为未来信息科学的革命性变革提供了可靠的物理基础，为信息科学在21世纪的发展提供了新的原理和方法。 信道噪声是量子计算、量子通信和量子密钥分配都必须克服的一大障碍。在量子系统中，信道噪声主要源于消相干效应和量子门的不精确性。克服量子信道噪声的编码就称为量子信道编码，实用的量子信道编码包括量子纠错码和量子避错码。本文在量子纠错码方面主要提出了串行级联量子卷积码方案，给出了构成该码的主要关键模块，设计了相应的编译码器网络。在量子避错码方面，统一了各种无消相干子空间的定义，证明了各种定义之间的等价性，同时提出一种利用群论方法构造无消相干子空间的简单方案。 量子密钥分配是量子信息理论中第一个步入实用化研究阶段的应用，无论 国防科学技术大学研究生院学位论文是BB84协议，还是B92协议，都已经在实验中获得巨大的成功。但是量子密钥分配协议的无条件安全性的研究相对滞后，BB84协议的无条件安全性直到不久前才被证明。本文将提出量子密钥分配协议无条件安全性证明的一般原则，同时利用该原则证明B92协议的无条件安全性。此外，还对B92协议的最优参数的选取进行了分析，提出采用非对称的B92协议，并且当两个状态满足何种条件时，可以使B92协议的性能达到最优。