自1984年Bennett和Brassard提出第一个量子密钥分配协议(即BB84协议)以来,量子通信正在以其独特的魅力吸引着越来越多的人投入到这个领域的研究中。目前量子通信方面的研究主要集中在如何完善密钥分发协议,如何提高量子通信的距离,怎样得到高品质光源,而在量子通信网络(QCN, Quantum Communication Network)方面的研究还处于初步探试的阶段。但随着量子通信技术的发展,点到点的量子通信必然要发展到多个用户的量子通信网络,因此研究和实现量子交换技术是非常地必要的。论文在研究量子通信基本原理以及控制面和传输面相分离的量子通信网络模型的基础上,设计了基于该网络模型的量子交换机架构,并详细讲述了该量子交换机关键部件的设计及其功能的实现。该量子交换机架构主要由两个模块组成,光交叉连接模块以及交换控制模块。论文首先阐述如何采用光开关设计并实现光交叉连接模块及其驱动电路;其次设计了基于网络处理器IXP425和嵌入式linux操作系统的量子交换机交换控制模块的实现方案,并实现了交换控制模块和光交叉连接模块之间的通信;之后在量子交换机交换控制模块上建立了静态以及RIP路由,并组网对路由结果进行测试,进而搭建了量子交换机平台;最后用比较弱的光源对该量子交换机平台进行了测试,结果表明该量子交换机具备了量子通信网络中结点的功能,能够成功实现控制层以及传输层的功能。