量子密碼學利用了量子的不確定性,使所有在信道上的竊聽不可能不影響通信本身,從而發現竊聽者,保證信道的安全。

光子極化能測量隨意兩個正交的方向,若光子脈衝在某一坐標軸方向極化,能在該方向測量；若在其他軸方向測量會得到隨機結果。利用該特性可產生一會話密鑰,實現密鑰分配。在密鑰分配之前要第一时间確定編碼方案,一種編碼方案下表所示。按照這種方案,當A發送光子時,接收方B可能用四種偏振角的濾光器來測試,但測不準原理表明B不能多次測量,因為偏振器會改變光子的偏振角,即B對每一位有1/4測量準確的概率。

量子密鑰分發依賴以下兩個原理:

第一個原理是：對量子系統不可知狀態的每次測量都會無法避免地改變原來的狀態,反過來說,若系統狀態不改變,也就不會發生測量或竊聽。表明不可知的量子狀態不會被複製或克隆,因此也被稱為不可克隆原理。

要顯示這個原理如何用於安全通信,設想 A和B正在用一個量子系統進行通信,如果此信道可用一個光纖組成,該光纖允許在 A和B間傳輸單個的光子。A要傳輸一個消息給B,她使量子系統處於一定的狀態,該狀態代表了 A所要傳遞的消息內容。 A隨後發送該量子系統給B竊聽者E為了獲取到 A所發出消息的內容,她需要知道正在從 A發往B的的收列消息,A和B就可以確認是古受到到E的竊聽,他們可顺利获得常規的、非量子的公共通信信道交換含在消息中的一部分隨機選定的內容來實現。

上述量子密碼系統的缺點是A和B只可在機密消息傳送後才可發現是否出現竊聽。為了避免此問題,需要用到第二個量子密碼學原理。

第二個原理是：在藉助通信連結替換真正的機密消息前,只用量子密碼方法替換隨機的密鑰。事實上這是量子密碼學確保通信安全的基本處理原則。

隨機密鑰可是一個隨機的位序列。這樣,如果A和B發現密鑰在傳輸中受到竊聽,他們就丟棄它。 A然後再次傳輸另一個隨機密鑰,到不出現竊聽為止。這種情況下,當消息正在傳輸時,竊聽者E藉助測量量子系統的狀態讀取消息一定違反前面第一個原理,因此將被發現。

但如果E不讀消息內容而是複製它,情況又會怎樣呢?在B收到原始消息且A和B相信他們的通信沒被竊聽後,E可隨後再讀複製的內容。實際上這是不可能的,因為量子密碼學的第一個原理說明不可知的量子狀態不會被複製或克隆,這阻止了E在上述情況下的得手。

量子密碼學給了現代密碼體制一種完成密鑰安全分發的途徑。