o dalgalarıyla yollarsa bunlar ışık hızıyla yayılacak ve astronot bu haberi 1 yıl sonra alacaktır. Peki, Dünyalılar astronota bu haberi anında ulaştırabilmek için, yukarıdaki deneyde gördüğümüz, fotonlar arası bağıntıyı kullanamazlar mı?

Varsayalım ki astronot, bağıntılı bir foton çiftinden tek bir foton alarak, beraberinde göktaşına götürdü. İkiz fotonlardan diğeri, dünyadaki bilim insanlarının elinde kaldı. Hem göktaşında, hem de dünyada birer lif (fiberoptik) çemberi var ve bu çemberde fotonların dışarı çıkabilmesi için yarı yansıtıcı bir ayna bulunuyor.

Bilim insanları astronotu geri çağırmak istemedikçe, fotonu çemberde döndürüp dururlar. Astronotu geri çağırmak istediklerinde fotonun yarı yansıtıcı aynadan geçerek çemberi terk etmesini sağlarlar. İki foton bağıntılı olduğundan, astronotun fotonu da göktaşındaki optik lif aynadan geçerek çemberi terk eder ve örneğin ışığa duyarlı bir ekrana çarpar. Böylece astronot Dünya’dan gönderilen haberi anında alır.

Ne yazık ki bu durumda zayıf bir nokta vardır. Bilim insanları fotona emir veremez, fotonu şöyle veya böyle davranmaya zorlayamaz. Fotonun çember içinde dönmeyi sürdürmesi veya aynadan geçip dışarı çıkması tamamen rastlantıya bağlıdır. Evet, bu ikiz fotonlar, aralarındaki uzaklık ne olursa olsun, her an birbirleriyle özdeş davranışlar gösterirler; ancak hangi davranışı göstereceklerini önceden bilmek olanaksızdır; bu, tamamen rastlantıya bağlıdır. Eğer Dünya’daki bilim insanları fotonu içerde kalmaya ya da dışarı çıkmaya zorlarlarsa, fotonu etkilemiş olurlar. Bu yüzden de iki foton arasındaki kuantum uyumunu bozarlar; başka bir deyişle böyle bir şey yaparlarsa, artık iki foton her an aynı davranışı göstermez olur.

Bu kuramsal düşünceler dışında İsviçre deneyinin yararı :Uzun süre, kuantum fiziği deneylerinin ancak laboratuvarda yapılabileceğine inanıldı. Aralarında 10 km olan iki fotonun her an tıpatıp aynı davranışları göstermesi, bu gerçeğe dayanan yeni bir teknoloji geliştirilmesi umutlarını doğurmuştur.

Schrödinger'in, ünlü kedi paradoksunu ortaya attığı makalesini yayımladığı yıl, aynı derecede tuhaf bir kuantum mekanik olgusunu da Albert Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen, ortak imzalı olarak yayımlamıştı. Tarihe EPR paradoksu olarak geçen bu düşünce deneyinde, kuantum mekaniğinin, gerçekliğin tamamlanmış bir tanımı olmadığının, eksik olduğunun sergilenmesi amaçlanıyordu.

Deney, ana hatlarıyla belli bir noktadan yola çıkan A ve B parçacıklarıyla ilgileniyordu. A ve B, taşıdıkları özellikler bakımından başlangıçta birbiriyle ilintiliydiler. Öyle ki, A ile ilgili bir özelliği ölçecek olursanız, B ile ilgili olarak aynı özelliği ölçmeden de bilebiliyordunuz.
EPR deneyini kurgulayanlar, bunda, belirsizlik ilkesi bakımından bir tuhaflık sezinlemişlerdi. Belirsizlik ilkesi gereğince, bir parçacığın momentumunu ölçtüğünüzde konumunu, konumunu ölçtüğünüzdeyse momentumunu doğru olarak ölçme şansınızı kaybediyorsunuz. Peki, elinizde birbiriyle ilgili ipuçları içeren A ve B parçacıkları olduğunda, bunların her birinden farklı özellikleri ayrı ayrı ölçerek ikisiyle ilgili tüm bilgiye ulaşabilir misiniz? Belirsizlik ilkesi bunu da yasaklıyor. Ancak, bu yasağın bu deney kapsamında bile geçerliliğini koruyabilmesi için, A ve B arasında bir "telepati" olması gerekli. Hatta, EPR deneyi, bu gibi parçacık ikilileri kullanılarak, birbirinden uzaktaki "Alice ve Bob" adlı düş kahramanlarına ışıktan daha hızlı bir iletişim kurdurmayı bile başarıyordu. Einstein, tüm bu kurguladıklarının akla yakın olmadığının ayırtındaydı. Zaten, Podolsky ve Rosen'le birlikte planladıkları, kuantum mekaniğinin eksikliğini sergilemekti.

Kuantum şifreleme güvenli iletişim için kuantum mekaniğini kullanır. Gizli dinleyicilerin şifrelenmiş iletilerin içeriğini okumasını önlemek için değişik [matematiksel|matematik] teknikleri kullanan geleneksel şifrelemenin aksine, kuantum şifreleme, bilginin/verinin fiziğini temel alır. Gizli dinleme, fiziksel bir nesnenin ölçülmesi olarak görülebilir — bu durumda ise verinin taşıyıcısı. Birisi kuantum süperpozisyonu veya kuantum dolaşıklığı gibi bir kuantum fenomeni kullanarak, her zaman tüm gizli dinleyicileri tespit edebilen bir iletişim sistemi yapabilir. Çünkü bilginin/verinin kuantum taşıyıcısı üzerinde yapılan ölçümler onu bozar dolayısıyla bu tür girişimler her zaman iz bırakır.

Klasik genel-anahtar şifreleme, anahtar dağıtımı için çarpanlara ayırma gibi bazı zor matematiksel problemlerin hesaplanabilme zorluğuna dayanırken, kuantum şifreleme kuantum mekaniğine dayanır. Kuantum şifreleme cihazları türüne özgü olarak tek başına bir ışık fotonunu alıp kuantum dolaşıklığı veya Heisenberg belirsizlik prensibinden faydalanır.

Quantum kriptoloji, belli yönleriyle kuramın çok ötesinde ilerlemektedir. Üst üste bindirilmiş kuantum durumlarını taşıyan fotonlar, optik kablolarla onlarca kilometre öteye taşınabilmiş. Sistem, bir bilgiyi şifreleyip alıcıya gönderen bir kişi (genellikle Alice diye adlandırılıyor), mesajı alan (Bob) ve bu mesajları zaptetmek isteyen gizli dinleyici (Eve) arasında kurulu. "Çoğul gerçekli" fotonlarla bilgi iletimi, Alice ve Bob'a, kuryeye gereksinme duymadan paylaşabilecekleri gizli bir şifre anahtarı oluşturma olanağı sağlıyor. Üstelik, kuantum bilgisayarcılarının kâbusu olan uyum bozulması, kuantum şifreleme alanında çok yararlı bir araç. Çünkü casus Eve, haberleşmeyi dinlemek için kuantum bilgisayar bile kullansa, bu kulak misafirliğinin izleri, anında ortaya çıkıyor ve Alice ve Bob'u uyarıyor. Gerçi bu alan da tümüyle sorunsuz değil: Açık havada gönderilen kuantum şifreli fotonların uyumu, Güneş'ten gelen ya da başka kaynaklı fotonlar, örneğin alıcı aygıtlardaki fon sıcaklığı ya da parazit gibi nedenlerle bir ölçüde bozulabiliyor, Ama araştırmacılar, bu bilgi kaybını yüzde 25 düzeyinde tutmayı başarabilmişler. Araştırmacılar, birkaç yılda son pürüzlerin de giderilebileceği konusunda umutlular.

Belirsizlik: Yapılan ölçüm, klasik fizikteki gibi sadece pasif, harici bir süreç değil, kuantum mekaniğinin içsel bir parçasıdır. Yani onların, kendilerini gözlemeye çalışan her türlü durumda, tespit edilebilir bir biçimde tepki vermesini sağlayabilecek bilginin bir fotonun kuantum özelliği olarak kodlanması mümkündür. Bu etki ortaya çıkıyor çünkü kuantum teorisinde, belli fiziksel özellik çiftleri, biri ölçülmeye çalışıldığında diğeri bozulan bir biçimde tümleyicidir. Bu durum Heisenberg belirsizlik prensibi olarak bilinir. Genellikle kuantum şifrelemede kullanılan tümleyici iki özellik, fotonun iki polarizasyon tipidir, doğrusal (dikey ve yatay) ve köşegen (45°'te ve 135°'te).

Dolaşıklık: İki veya daha fazla kuantum parçacığının, mesela fotonun, fiziksel özelliklerinin güçlü bir şekilde bağıntılı olduğu durumdur. Dolaşık parçacıklar, tek başına parçacıkların durumları belirlenerek tanımlanamazlar ve tek başına parçacıkların üzerinde uygulanacak herhangi bir deneyimle erişilemeyecek bilgiyi birlikte paylaşabilirler. Bu durum, parçacıkların zaman içerisinde birbirlerinden ne kadar uzak olduklarından bağımsızdır.

Bu iki farklı yaklaşım (belirsizlik ve dolaşıklık) ile, iki farklı kuantum şifreleme protokol ortaya çıkmıştır. Birincisi herhangi birinin gizli anahtarı öğrenmesini engellemek için bilgi parçalarını şifrelerken foton polarizasyonunu kullanır ve kuantum rastgeleliğine dayanır. İkincisi ise aynı işlem için dolaşık foton durumlarını kullanır ve anahtarı tanımlayan bilginin sadece herhangi biri tarafından ölçümlendikten sonra ortaya çıktığı gerçeğine dayanır.

Belirsizlik yaklaşımı için şu an için en favori yöntem BB84 algoritması ve protokolü iken, dolaşıklık yaklaşımı için en öne çıkan yöntem EPRBE protokolüdür. EPRBE nispeten karmaşık olması ve hala teorik düzeyde kalması nedeniyle burada uygulanıp oldukça olumlu sonuçlar alınmış BB84 algoritması üzerinde durulacaktır.

Bu teknikte titreşim başına bir foton olacak şekilde polarize ışıkların titreşimleri kullanılır. Çizgisel ve dairesel olmak üzere iki çeşit polarizasyon düşünülmüştür. Çizgisel polarizasyon dikey veya yatay olabilir ve dairesel polarizasyon sol-elli veya sağ-elli olabilir. 1984 yılında Bennet ve Brassard adında iki bilim insanı tarafından yayınlanan makalede kuantum kriptografisinden bahsedildiği için bu algoritma BB84 olarak bilinmektedir. Bu makalede gönderici ve alıcı arasında güvenli iletişim için kullanılacak tek kullanımlık anahtarın göndericisi ve alıcısı (Alice ve Bob) tanımlanmıştır. Şifreli mesajı göndermek isteyen kişiyi A, almak isteyen kişiyi de B olarak düşünebiliriz. Hem A da hem de B de birbirleriyle 45 derecelik açı yapan iki kristal süzgeç çiftinin( + ve X şeklinde iki süzgeç) olduğunu kabul ediyoruz. A ve B arasında bir optik fiber ağının olduğunu ve her iki tarafında foton üretebildiğini düşünüyoruz.

A ve B tarafı ortak bir temelde anlaşarak | ve / süzgeçleri için 0 değerinde, - ve \ süzgeçleri içi 1 değerinde anlaşırlar. Yani her iki tarafta | ve / yönünde polarize olmuş foton için 0 bitinin, - ve \ yönünde polarize olmuş foton için 1 bitinin geldiğini anlayacaklardır. Bu seçimin tam terside mümkündür.

A, iletişimde kullanılacak rastgele bir tek kullanımlık anahtar seçer. Bu anahtarı B ye gönderebilmek için BB84 algoritmasını kullanacaktır. Algoritmanın işleyiş sırası şu şekilde olacaktır.

Örneğin A (1 1 0 1 0 1 0 0 1 0) bit dizisini aşağıdaki süzgeç takımlarıyla göndermek istesin. Seçilen bitler ve süzgeç takımları tamamen rastgeledir. (2. inci satır gönderilmek istenen bitlerin foton karşılığının polarizasyon yönünü göstermektedir.)
1 1 0 1 0 1 0 0 1 0

B rastgele bir süzgeç takımı(+ veya X) seçer ve aşağıdaki yönlerde polarize olmuş fotonları elde eder. (İlk satır rastgele seçilen süzgeç takımlarını ikinci satır gelen fotonun bu süzgeç takımlarından geçirildiğinde meydana gelecek polarizasyonun yönünü, üçüncü satır ise ilgili polarizasyonun yönüne göre seçilmiş bit değerini belirtir.) Hatırlarsanız | ve /, 0 bitini - ve \ 1 bitini temsil ediyordu.

X X + X + X + + + X

1 1 0 0 0 1 1 1 0 1

Sonuç olarak B’nin elde ettiği