Kvantkryptografi är en form av kryptografi som bygger på kvantmekanikens principer för att säkra data och upptäcka avlyssning. Liksom alla former av kryptografi är kvantkryptografi potentiellt brytbar, men den är teoretiskt extremt tillförlitlig, vilket skulle kunna göra den lämplig för mycket känslig data. Tyvärr kräver det också innehav av en del mycket specialiserad utrustning, vilket kan hindra spridningen av kvantkryptografi.
Kryptografi innebär utbyte av kodade meddelanden. Avsändaren och mottagaren har möjlighet att avkoda meddelandena och därigenom bestämma innehållet. Nyckeln och meddelandet skickas vanligtvis separat, eftersom det ena är värdelöst utan det andra. När det gäller kvantkryptografi, eller kvantnyckeldistribution (QKD) som det ibland kallas, är kvantmekanik involverad i genereringen av nyckeln för att göra den privat och säker.
Kvantmekanik är ett extremt komplext område, men det viktiga att veta om det i förhållande till kryptografi är att observationen av något orsakar en fundamental förändring i det, vilket är nyckeln till hur kvantkryptografi fungerar. Systemet involverar sändning av fotoner som skickas genom polariserade filter, och mottagning av polariserade fotoner på andra sidan, med användning av en motsvarande uppsättning filter för att avkoda meddelandet. Fotoner är ett utmärkt verktyg för kryptografi, eftersom de kan tilldelas ett värde på 1 eller 0 beroende på deras anpassning, vilket skapar binära data.
Avsändare A skulle starta datautbytet genom att skicka en serie slumpmässigt polariserade fotoner som skulle kunna polariseras rätlinjigt, vilket orsakar antingen en vertikal eller horisontell orientering, eller diagonalt, i vilket fall fotonen skulle luta åt det ena eller det andra hållet. Dessa fotoner skulle anlända till mottagare B, som skulle använda en slumpmässigt tilldelad serie av rätlinjiga eller diagonala filter för att ta emot meddelandet. Om B använde samma filter som A gjorde för en viss foton, skulle inriktningen matcha, men om han eller hon inte gjorde det, skulle inriktningen vara annorlunda. Därefter skulle de två utbyta information om filtren de använde, kassera fotoner som inte matchade och behålla de som gjorde det för att generera en nyckel.
När de två utbyter information för att generera en delad nyckel, kan de avslöja filtren som de använder, men de avslöjar inte inriktningen av de inblandade protonerna. Detta innebär att denna offentliga information inte kan användas för att avkoda meddelandet, eftersom en avlyssnare skulle sakna en kritisk del av nyckeln. Mer kritiskt är att informationsutbytet också skulle avslöja närvaron av en avlyssnare, C. Om C vill avlyssna för att få nyckeln måste han eller hon fånga upp och observera protonerna och därigenom ändra dem och varna A och B om närvaron av en avlyssnare. De två kan helt enkelt upprepa processen för att generera en ny nyckel.
När en nyckel väl har genererats kan en krypteringsalgoritm användas för att generera ett meddelande som kan skickas säkert över en offentlig kanal, eftersom det är krypterat.