核方法在机器学习中有广泛的应用。量子计算与核方法结合，可以有效解决经典核方法中当特征空间变大时计算成本随之增加的问题。研究表明，基于核方法构建的最小化量子电路可以可靠地在含噪声的中型量子设备上执行。目前已提出的一些基于量子核方法的分类器在充分映射数据以及电路架构等方面仍存在一定的缺陷。因此，提出了一种基于多项式核函数的紧凑型量子分类器。首先通过引入多项式核函数，提升了非线性数据的分类迭代速率，从而提升了分类效率；在此基础上进一步提出紧凑型振幅编码，将量子态相对应相位的数据标签编码。相比于已有的量子核方法分类器，所提模型的量子电路的编码位数可以从5个量子比特减少到3个量子比特，而且，所提模型将已有方法中的双量子位测量简化为单量子位测量。此外，该模型在测量阶段的量子电路参数达到了最优方差，可以有效节省计算资源开销。实验仿真表明，所提分类器模型中的期望值更接近理论值，且获得了更高的分类精度，同时该模型具有较低的纠缠度，有效降低了整个准备工作的开销。

量子卫星通信是全球化量子保密通信网的重要组成部分。为了研究降雪对量子卫星通信性能的影响，首先基于雪粒子的Gamma谱分布函数及Mie散射理论，建立了降雪环境下光量子的能量衰减模型；然后分别研究了降雪强度等参数与星地链路的保真度、信道建立速率和信道纠缠度之间的关系，并进行了数值仿真；最后为准确模拟降雪干扰对星地链路通信性能的影响，引入了加权噪声信道模型，分析了降雪对加权噪声信道容量的影响。结果表明，降雪强度对光量子能量及保真度都有显著的影响：当传输距离为4.1km、降雪强度由2.82 mm/d增加到8.71 mm/d时，纠缠度由0.738衰减到0.206；当降雪强度由3.75mm/d增加至8.25mm/d时，信道建立速率由16.84 pair/s减小至7.76 pair/s；当传输距离为2.5km、降雪强度从4.0mm/d增大到8.5mm/d时，加权噪声信道容量由0.6207减小至0.3547。因此，降雪对量子卫星通信系统的影响不容忽视，需要根据降雪等级情况，采取相应调整策略保证通信的可靠性和有效性。

低轨道量子卫星是构建全球天地一体化量子保密通信网的重要组成部分。单颗低轨量子卫星服务时间有限，为了保证卫星与地面用户之间的持续通信，地面终端需要及时切换至其他可供服务的卫星。为了解决降雪环境干扰下地面多用户量子卫星切换场景下的阈值判决问题，分析了大气雪环境对量子星地链路的衰减影响，提出了一种基于演化博弈的多属性量子卫星切换策略。根据用户的带宽、卫星剩余服务时间及链路衰减三个属性定义效用函数，根据星间传输时延、信道纠缠度定义开销函数，最终得到用户的收益函数，建立演化博弈切换模型。仿真结果表明，该策略具有稳定性和公平性，能够有效均衡卫星的负载，且与基于最低链路衰减和最优纠缠度的单属性切换策略相比，切换成功率分别提升了1.2%和1.5%，这对未来降雪干扰环境下低轨量子卫星网络的多用户动态切换有一定的参考意义。

为解决量子网络中组播通信的路径选择与建立问题，提升量子组播网络的通信性能，提出一种适用于超纠缠中继量子网络的组播路由策略。为确保组播通信中量子克隆的保真度，网络采用菱形结构，通过量子克隆机对单光子偏振-空间模量子态进行克隆，并综合考虑量子超纠缠资源数、跳数、克隆态保真度等因素，基于Steiner树的优化算法生成组播树。路由选择完成后，采用并行超纠缠交换方法建立远程用户间的组播量子信道。理论分析与仿真结果表明，在组播通信过程中随着目的节点数量的增多，基于超纠缠中继的量子组播网络路由策略可获得较高保真度的组播树，当中继节点数量增多时，采用并行超纠缠交换建立量子信道的时延低于传统串行纠缠交换的时延，量子态的传输速率较快。因此，基于超纠缠中继的量子组播网络路由策略具有高保真度、低时延等优势。

提出一种机械振子基态冷却策略来抑制受外界热环境激发而产生的热噪声。首先，建立了旋转角速度与输出光场信号振幅的定量关系；其次，讨论了辐射压力涨落谱对机械振子声子数的影响；最后，结合冷却率和稳态声子数，对系统参数进行优化，使机械振子冷却至基态，即稳态声子数小于1。理论分析和仿真结果表明，辐射压力涨落谱的峰值可以增强冷却过程，谷值可以抑制加热过程。双腔量子陀螺仪模型可使机械振子达到冷却效果，稳态声子数减小至0.19，从而降低系统的热噪声。

采用修正的伽马分布，结合米氏散射理论，分析了水云粒子的光散射特性，建立了4种常见水云粒子含水量与消光系数的关系。对于光量子的偏振态，研究了水云粒子背景下量子干涉雷达（QIR）探测光子的偏振变化规律，建立了水云粒子影响QIR探测光子的传输距离、分辨率、误码率以及生存性能的数学模型。理论分析和实验仿真结果表明：随着水云中含水量的增加，消光系数呈线性增加，导致衰减系数增加，从而使得探测光子的能量耗散量增大，探测光子的传输距离下降；当发射光子数目一定时，QIR的分辨率随水云粒子光学厚度的增加而降低；当水云粒子浓度一定时，随着退偏比的增大，系统的误码率呈减小趋势；当目标的可探测点数一定时，水云对QIR系统的干扰强度越大，雷达的生存性能越低。由此可见，在QIR的设计、调试和使用过程中，需根据水云的相关参数，自适应地调整QIR系统的各个指标参数，从而提升系统的探测性能。

针对多环境因子对大气能见度的影响，提出了一种在自然环境多因子背景下的量子卫星通信纠缠波分接入策略。当每对地面通信站分配量子密钥时，它们会通过量子卫星形成不同波长的纠缠对，并根据不同波长的量子纠缠，将众多地面通信站接入同一颗卫星。仿真结果表明，在大气湿度和雾霾粒子浓度相同的情况下，采用纠缠波分接入技术，可使系统的信道容量增大，量子误码率从3.3415×10-3减小到2.243×10-3，由大气能见度的影响所导致的误码率的增幅减小。由此可见，在环境多因子背景下的纠缠波分接入策略对量子卫星通信性能有明显的改善。

为了研究降雨对星地量子链路传输质量及量子通信性能的影响，基于M-P雨滴谱和Mie散射理论，分析了降雨强度、雨滴的消光系数与星地链路衰减系数的关系，建立了降雨背景下信道容量和信道平均保真度关系的模型，并基于两粒子纠缠态概率隐形传态方案，得到了降雨环境下的隐形传态保真度。理论分析与仿真结果表明，降雨强度的增加导致消光系数增加，进而导致信道容量和信道平均保真度减小；同时，降雨引起信道纠缠度减小，从而使隐形传态保真度减小。因此，降雨对星地量子链路的性能有显著影响，需要根据降雨强度适当调整星地量子链路中的各项参数，以保证通信质量。

量子卫星在自由空间的通信容易受到电离层、空间等离子体和冰晶粒子的干扰，这些因素会干扰量子卫星的正常通信。为了提高量子卫星链路的抗干扰能力，首先提出了基于量子纠缠反馈控制（quantum entanglement feedback control ，QEFC）的优化策略。QEFC是通过对腔中泄露的光子进行测量，利用测量得到的信息估计原子的状态，进而调节控制器，改变腔中原子的自旋。建立了不同环境因子与保真度、误码率之间的关系，并对采用QEFC前后的系统性能参数进行了比较，最后进行了性能仿真。结果表明，在振幅阻尼信道和退极化信道中，QEFC能够提高自然环境干扰下量子卫星通信系统的保真度；在空间等离子体环境中，当等离子粒子的半径为10 μm，传输距离为200 km时，利用QEFC可将误码率从13.7×10^-3降低至9.4×10^-3。由此可见，QEFC能够有效提高量子卫星通信系统的链路性能。