Kwantumsleutelverdeling (QKD) is het creëren en implementeren van een kwantumcoderingssleutel die overgedragen gegevens beschermt door middel van kwantumfysica. Charles Bennett en Gilles Brassard hebben in 1984 het eerste distributieprotocol voor kwantumsleutel uitgevonden. Dit protocol staat bekend als BB84 en zette de standaard voor het maken van kwantumversleutelingssleutels. De principes van de kwantumfysica stellen twee partijen in staat om een veilig kanaal te creëren.
Om een kwantumsleutel te kunnen distribueren, moeten twee partijen (Alice en Bob) eerst een geverifieerd kanaal tot stand brengen waarover ze de sleutel zullen maken. Alvorens de sleutel te genereren, moeten Alice en Bob communiceren en hun identiteit verifiëren. Kwantumsleutelverdeling maakt gebruik van subatomaire lichtdeeltjes – fotonen – om een geheime coderingssleutel te creëren. Vervolgens worden fotonen over een kabel gestuurd en willekeurig verdeeld door een straalsplitser. De resterende fotonen bepalen de sleutel, die nu alleen bekend is bij Alice en Bob.
In een Diffie-Hellman-sleuteluitwisseling of een viervoudig handshake-proces kunnen aanvallers de uitwisseling bespioneren of zelfs hun eigen waarden onderdrukken, de plaats innemen van de legitieme afzender (Alice) en de ontvangende partij (Bob) laten denken dat ze hebben nog steeds interactie met Alice. Maar het opzetten van een kanaal met behulp van kwantummechanica en het gebruik van een kwantumsleutel betekent dat elke afluisteraar zal worden opgemerkt. Als een aanvaller de uitwisseling probeert te onderbreken, wordt de aard van de fotonen merkbaar verstoord. Alice en Bob zullen weten dat iemand probeert hun sleutelcreatie en -distributie te hacken. Dit is een extra beveiligingslaag die traditionele methoden voor het maken van coderingssleutels niet hebben.
Kwantumcryptografie wordt steeds belangrijker omdat kwantumcomputers nu met gemak traditionele methoden van cryptografie kunnen kraken. Bij quantum computing staan bits bekend als quantumbits of qubits. Terwijl bits in traditionele computers bestaan bij waarden van 0 of 1, bevatten qubits niet consistent één waarde. Door de instabiliteit van de waarde van qubits kan een kwantumcomputer veel numerieke combinaties tegelijkertijd berekenen. Hoewel standaardversleutelingssleutels een reeks van vele bits kunnen gebruiken, wat traditioneel moeilijk zou zijn voor een aanvaller om te leren, kunnen kwantumcomputers een dergelijke code snel kraken. Het implementeren van kwantumcryptografiemethoden zal helpen om gevoelige gegevens te beschermen die anders vrij gemakkelijk door een kwantumcomputer zouden kunnen worden gestolen.