Originalmente teorizado em 1984 por Charles H. Bennett (do Thomas J. Watson Research Center da IBM) e Gilles Brassard, a distribuição quântica de chaves (QKD) é o tipo mais comum de criptografia quântica. Os sistemas QKD não são normalmente usados para criptografar os próprios dados seguros, mas sim para realizar uma troca segura de chaves entre duas partes, construindo colaborativamente uma chave privada compartilhada que, por sua vez, pode ser usada para métodos tradicionais de criptografia com chave simétrica.
Os sistemas QKD funcionam enviando partículas de luz de fóton individuais através de um cabo de fibra óptica. Este fluxo de fótons viaja em uma única direção e cada um representa um bit único, ou qubit, de dados—zero ou um. Os filtros polarizados no lado do remetente alteram a orientação física de cada fóton para uma posição específica, e o receptor usa dois divisores de feixe disponíveis para ler a posição de cada fóton conforme são recebidos. O remetente e o receptor comparam as posições de fótons enviados com as posições descodificadas, e o conjunto que corresponde se torna a chave.
Para entender melhor o QKD, imagine duas pessoas, Alice e Bob, que precisam estabelecer uma conexão segura. Eles podem usar QKD para criar uma chave criptográfica segura enviando fótons polarizados por um cabo de fibra óptica. O cabo não precisa ser protegido porque cada fóton terá seu próprio estado quântico aleatório. Se alguém, vamos chamá-la de Eva, estiver espionando, Alice e Bob sempre serão capazes de dizer, porque é impossível observar um estado quântico sem também afetá-lo. Dessa forma, os sistemas QKD são considerados insuportáveis. Se Bob e Alice detectarem uma mudança nos estados quânticos dos fótons, eles saberão que a véspera está caindo. E se Eve estiver escutando, Bob e Alice sempre serão capazes de detectá-la.
Embora os benefícios do QKD tenham sido comprovados em ambientes laboratoriais e de campo, existem muitos desafios práticos que impedem a adoção disseminada, principalmente os requisitos de infraestrutura. Os fótons enviados por cabos de fibra óptica se degradam em distâncias de cerca de 248 a 310 milhas. No entanto, avanços recentes ampliaram o alcance de alguns sistemas QKD em todos os continentes por meio do uso de nós seguros e repetidores de fótons.