量子鍵配送
このプロトコルは光子の偏光状態を情報伝達に使用するもので、発明者と発表年から取ってBB84と呼ばれる。しかしながら、二つのペアとなる共役状態のものなら何でも代用できる。また、光ファイバーをつかった多くのBB84実装は符号化した位相状態を使用している。送信者(伝統的にはAlice)と受信者(Bob)は量子通信チャンネルと呼ばれる量子状態を伝送する経路で結ばれている。光子の場合は通常光ファイバーか、もしくは単に真空を媒体とする。更に量子通信チャンネルとは別に、従来の伝送経路である無線やインターネットを通して通信する。盗聴者(Eveとする)があらゆる手段で通信に干渉する場合を考えて設計されているため、どちらの経路も安全である必要はない。
BB84プロトコルは情報を非直交状態で暗号化することによって安全性を担保する。量子の不確定性とはこれらの状態が元の状態を変化させてしまうことなく観測することが不可能であるということを意味する(複製不能定理)。お互いに共役な二つの状態を扱うことによってそれぞれのペアがお互いに直交であることを利用する。組となる直交状態は基底と呼ばれる。通常の偏光状態の組は垂直に0°、水平に90°の直線偏光か、45°と135°の対角基底、あるいは右もしくは左まわりの円状基底のいずれかが用いられる。
これまでに挙げてきた量子鍵配送プロトコルはAliceとBobにほぼ同一の共通鍵を供給し、双方の鍵に見られる相違も想定されている。そうした相違は第三者による傍受だけでなく、送受信経路や探知機の不具合などによる場合もある。何が原因で共有鍵に誤差が出ているのかを特定するのは困難であるため、安全性を保証するためにはすべての誤差は傍受によるものだと仮定することになる。共有鍵に現れる誤差の割合は一定のしきい値を下回る必要があり(2007年4月時点で20%)、二つの段階を踏んで訂正が行われる。まず最初に間違っているビットを取り除き、Eveが得た情報量の分だけ共有鍵の長さを短くする。これらの段階はそれぞ情報一致と秘匿性増幅と呼ばれ、1992年に定義された。
情報一致はAliceとBobの持つ共有鍵が同一であることを確かめるために二つの鍵間のエラー訂正を行うことを指す。これは通常の伝送回線を用いて行われるため、鍵についての情報の送受信は盗聴者Eveの存在を踏まえ最小限にすることが肝要である。情報一致に用いられる一般的なプロトコルに、1994年に提唱されたカスケードプロトコルがある。このプロセスは両方の鍵を複数個のブロックに分けるため複数回に分けておこなわれ、それぞれのブロックのパリティを比較する。パリティに誤差が発見された場合には二分探索が実行され、誤差の訂正をおこなう。一度パリティ訂正が行われたブロックから再度誤差が検出された場合、そのブロックには別の誤差が含まれており、再度訂正が行われる。
量子鍵配送によって保護されたDARPA Quantum network は10ノードの量子鍵配送ネットワークで、アメリカマサチューセッツ州で2004年より運用されている。BBNテクノロジーズ、 ハーバード大学、 ボストン大学、QinetiQが開発している。
量子鍵配送により守られた世界で最初のコンピュータネットワークは2008年10月にウィーンで行われた科学会議で実施された。このプロジェクトはSECOQC(Secure Communication Based on Quantum Cryptography)と呼ばれ、EUが出資している。200 kmの標準的な光ファイバーケーブルでウィーンから西に69 km離れたザンクト・ペルテンの街を結ぶ六ヶ所を繋いでネットワークを形成した。
東芝は、量子鍵配送システムを製品として発表している。
現在量子鍵配送システムのサービスを提供しているのは、id Quantique(英語版) (ジュネーブ)、MagiQ Technologies (ニューヨーク)、SmartQuantum (フランス)、そしてQuintessence Labs (オーストラリア)の四社である。この他にも、 HP、 IBM、 三菱、 NEC、 NTTなどの企業が積極的な研究を行っている。 (外部リンク参照)
スイスの企業であるid Quantiqueによって提供されている量子暗号技術は2007年10月21日にスイスの地方行政区画で行われた国政選挙で国会議事堂への票結果を転送するために使用された。
また2004年には量子鍵配送を用いた世界初の銀行振込がオーストリアのウィーンで実施された。絶対的な安全性が要求されたウィーン市長から国内の銀行への小切手が転送された。