量子密钥分发 (QKD) 是一种利用量子力学原理在两个 parties 之间安全共享加密密钥的方法。与依赖数学复杂性来确保安全的传统密钥交换方法不同，QKD 通过量子状态的物理特性来确保安全。如果窃听者试图拦截密钥，则交换中使用的粒子的量子状态会发生改变，从而提醒合法方存在泄露。这使得 QKD 在理论上能够免疫计算攻击，包括来自未来量子计算机的攻击。
一个常见的 QKD 协议是 BB84，它于 1984 年开发。其工作原理如下：Alice（发送者）使用两种偏振基（线性（垂直/水平）或对角线（45° 或 135°））将随机比特编码到光子中。她将这些光子发送给 Bob（接收者），Bob 随机选择一个基来测量每个光子。传输完成后，Alice 和 Bob 公开比较他们选择的基（但不是实际比特），并丢弃他们基不匹配的结果。剩余的比特形成共享密钥。为了检测窃听行为，他们会比较这些比特的子集。如果差异超过阈值（表明测量干扰），他们会丢弃密钥并重新开始。例如，如果 Eve 拦截了一个光子，她的测量会迫使它进入特定的基，从而在 Bob 稍后测量它时引入误差。
实际的 QKD 实施方案面临一些挑战。光纤电缆中的光子损失限制了传输距离（通常在没有量子中继器的情况下小于 300 公里）。系统通常使用衰减激光器而不是真正的单光子源，这可能会引入安全漏洞。像 ID Quantique 和 Toshiba 这样的公司已经在城域网络中部署了 QKD，并将其与 AES 等经典协议集成，以实现混合加密。开发人员应注意，QKD 仅保护密钥交换，而不保护数据本身，并且需要经典的身份验证通道来防止中间人攻击。虽然 QKD 不能替代现有的加密技术，但它为高安全性场景（如政府或金融通信）提供了一个面向未来的层，在这些场景中，长期密钥保护至关重要。