Criptografia cuantică este o formă de criptografie care se bazează pe principiile mecanicii cuantice pentru a securiza datele și a detecta interceptările. La fel ca toate formele de criptografie, criptografia cuantică este potențial degradabilă, dar teoretic este extrem de fiabilă, ceea ce o poate face potrivită pentru date foarte sensibile. Din păcate, necesită și deținerea unor echipamente foarte specializate, care ar putea împiedica răspândirea criptografiei cuantice.
Criptografia implică schimbul de mesaje codificate. Expeditorul și destinatarul au capacitatea de a decoda mesajele, determinând astfel conținutul. Cheia și mesajul sunt în general trimise separat, deoarece unul este inutil fără celălalt. În cazul criptografiei cuantice sau a distribuției de chei cuantice (QKD), așa cum este uneori cunoscută, mecanica cuantică este implicată în generarea cheii pentru a o face privată și sigură.
Mecanica cuantică este un domeniu extrem de complex, dar lucrul important de știut despre el în relație cu criptografie este că observarea a ceva provoacă o schimbare fundamentală în acesta, care este cheia modului în care funcționează criptografie cuantică. Sistemul implică transmiterea fotonilor care sunt trimiși prin filtre polarizate și recepția fotonilor polarizați pe cealaltă parte, cu utilizarea unui set corespunzător de filtre pentru a decoda mesajul. Fotonii reprezintă un instrument excelent pentru criptografie, deoarece li se poate atribui o valoare de 1 sau 0 în funcție de alinierea lor, creând date binare.
Expeditorul A ar începe schimbul de date prin trimiterea unei serii de fotoni polarizați aleatoriu care ar putea fi polarizați rectiliniu, provocând fie o orientare verticală sau orizontală, fie în diagonală, caz în care fotonul s-ar înclina într-un sens sau altul. Acești fotoni ar ajunge la destinatarul B, care ar folosi o serie aleatorie de filtre rectilinii sau diagonale pentru a primi mesajul. Dacă B a folosit același filtru pe care l-a făcut A pentru un anumit foton, alinierea s-ar potrivi, dar dacă nu ar fi folosit, alinierea ar fi diferită. În continuare, cei doi aveau să facă schimb de informații despre filtrele pe care le-au folosit, eliminând fotonii care nu se potriveau și păstrându-i pe cei care le-au făcut pentru a genera o cheie.
Când cei doi fac schimb de informații pentru a genera o cheie partajată, ei pot dezvălui filtrele pe care le folosesc, dar nu dezvăluie alinierea protonilor implicați. Aceasta înseamnă că această informație publică nu poate fi utilizată pentru a decoda mesajul, deoarece unui interceptător i-ar lipsi o parte critică a cheii. Mai critic, schimbul de informații ar dezvălui și prezența unui interceptător, C. Dacă C dorește să asculte pentru a obține cheia, el sau ea va trebui să intercepteze și să observe protonii, modificându-i astfel și alertând A și B de prezența unui interceptător. Cei doi pot repeta pur și simplu procesul pentru a genera o nouă cheie.
Odată ce o cheie este generată, un algoritm de criptare poate fi utilizat pentru a genera un mesaj care poate fi trimis în siguranță pe un canal public, deoarece este criptat.