量子密鑰分發
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量子密鑰分發（quantum key distribution，簡稱QKD）是利用量子力學特性實現密碼協議的安全通信|Secure communication方法。它使通信的雙方能夠產生並分享一個隨機的、安全的密鑰，來加密和解密訊息。它常常被誤稱為量子密碼學，因為它是量子密碼學任務中最著名的例子。
量子密鑰分發的一個最重要的，也是最獨特的性質是：如果有第三方試圖竊聽密碼，則通信的雙方便會察覺。這種性質基於量子力學的基本原理：任何對量子系統的測量都會對系統產生干擾。第三方試圖竊聽密碼，必須用某種方式測量它，而這些測量就會帶來可察覺的異常。通過量子疊加態或量子糾纏態來傳輸信息，通信系統便可以檢測是否存在竊聽。當竊聽低於一定標準，一個有安全保障的密鑰就可以產生了。
量子密鑰分發的安全性基於量子力學的基本原理，而傳統密碼學是基於某些數學算法的計算複雜度。傳統密碼學無法察覺竊聽，也就無法保證密鑰的安全性。QKD的安全性是是可以依據信息論證明的，而且它還具有前向安全性[1] 。
量子密鑰分發只用於產生和分發密鑰，並沒有傳輸任何實質的訊息。密鑰可用於某些加密算法來加密訊息，加密過的訊息可以在標準信道中傳輸。跟量子密鑰分發最常見的相關演算法就是一次性密碼本，如果使用保密而隨機的密鑰，這種演算法是provably secure||具可證明的安全性。在實際的運用上，量子密鑰分發常常被拿來與對稱密鑰加密的加密方式，如AES這類演算法一同使用。
目錄
協議
BB84協議
查爾斯·貝內特（Charles Bennett）與吉勒·布拉薩（Gilles Brassard）於1984年發表的論文中提到的量子密碼分發協議，後來被稱為BB84協議。其實任意兩組共軛狀態都可以用於該協議，而且大多數BB84的基於光纖的實現都使用相位編碼狀態。BB84協議是最早描述如何利用光子的偏振態來傳輸訊息的。發送者（通常稱為Alice）和接收者（通常稱為Bob）用量子信道來傳輸量子態。如果用光子作為量子態載體，對應的量子信道可以是光纖或者簡單的自由空間。另外他們還需要一條公共經典信道，比如無線電或因特網。公共信道的安全性不需考慮，BB84協議在設計時已考慮到了兩種信道都被第三方（通常稱為Eve）竊聽的可能。
這個協議的安全性源於用非正交態。量子不確定性告訴我們，通常不能在不干擾原始狀態的情況下測量這些狀態（參見不可克隆原理）。BB84協議利用兩對狀態，分別是光子偏振的兩個直線基"+"：水平偏振（0°）記作|→>，垂直偏振（90°）記作|↑>；和光子偏振的兩個對角基"×"：45°偏振記作|↗>，和135°偏振記作|↘>。這兩對狀態互相不正交，無法被徹底的分辨。比如選擇基"+"來測量|↑>，會以100%的概率得到|↑>。但選擇基"+"來測量|↗>，結果是隨機的，會以50%的概率得到|→>，或以50%的概率得到|↑>，而原始狀態的訊息丟失了。也就是說，當測量後得到狀態|↑>，我們不能確定原本的狀態是|↑>還是|↗>，這兩個不正交的狀態無法被徹底分辨。
量子密鑰交換
量子通訊中，訊息編碼為量子態，或稱量子比特，與此相對，經典通信中，訊息編碼為比特。通常，光子被用來製備量子態。量子密碼學利用量子態的特性來確保安全性。量子密鑰分發有不同的實現方法，但根據所利用量子態特性的不同，可以分為兩大類。
- 基於製備和測量的協議
- 與經典物理不同，測量是量子力學不可分割的組成部分。一般來講，測量一個未知的量子態會以某種形式改變該量子的狀態。這被稱為量子的不確定性，它的一些基本結論有維爾納·海森堡的不確定性原理，信息干擾理論和不可克隆原理。這些性質可以被利用來檢測通訊過程中的任何竊聽（竊聽必然需要測量），更重要的是，能夠計算被截獲訊息的數量。
- 基於糾纏態的協議
- 兩個或更多的量子態能夠建立某種聯繫，使得他們無論距離多遠依然要被看做是一個整體的量子態，而不是獨立的個體。這被稱為量子糾纏。他們之間的聯繫是，比如，對其中一個量子的測量會影響其他量子。如果糾纏的量子對被通訊的雙方分別持有，任何對訊息的攔截會改變整個系統，使第三方的存在（以及他截獲訊息的數量）被檢測到。
這兩大類方法中的每一類都可以進一步分為三類協議：連續或離散變量|Continuous or discrete variable|離散變量、連續變量和分布式相位參考編碼。離散變量協議是第一個被發明的，也是最廣泛實現的。其他兩類主要關注克服實驗的實用局限性。下面描述的兩種協議都使用離散變量編碼。