在量子密碼技術中,量子密鑰是由一定的物理效應與原理產生、分配的,這與以往的加密體制不一樣。量子密碼主要基於如下物理基礎和對應的原理。

1)光子的偏振現象。光子在傳輸中會有振動,且振動方向是隨意的,每個光子均存在一個偏振方向,此方向即為電場的振盪方向。在量子力學裏,光子的線偏振與圓偏振不能同一時間測量,線偏振和圓偏振是非正交的。要注意的是,在同種偏振態下的兩個不一樣的方向是能完全區分的。

2)海森堡測不準原理。在量子力學中，微觀客體的隨意一方對互成共軛的物理量，像坐標與動量,均不會同一時間有確定值,即不會對它們的測量結果隨即給出準確預言。測量時,精確測量其中一組量一定會造成另一組量的全部不確定，即遵循量子力學的基本原理—海森堡測不準原理。

測不準原理帶來非常多奇特效應。在量子世界中,不能100%地確定粒子的位置,僅可用概率的方法表示。例如,只能說一個原子以99%的概率存在於某個地方,而仍有1%的概率在其他地方,可能是宇宙中的隨意一個地方。

3)量子不可克隆定理。海森堡測不準原理的推論為不可克隆定理。在量子力學中,2個非正交量子狀態是不能克隆的。這與經典計算機中的電子比特不同。經典計算機中的信息是能被隨意精確複製的,甚至在傳統紙質媒體中,信息也可以很容易地被複製。在量子世界中,僅有正交的兩個量子狀態才能被複製,對非正交的量子狀態是不可複製的。

從如今研究看,量子密碼存在2個基本特徵,即無條件安全性和對竊聽者的可檢測性。無條件安全性基本特徵是基於不可克隆定理的。因此,不可克隆定理是保障它的基石。對竊聽者的可檢測性是通信兩方的信道遭到竊聽或干擾時,通信者由測不準原理能同步檢測出是不是存在竊聽或干擾。