رمزنگاریِ کوانتومی بر پایه‌یِ اصل عدم قطعیتِ هایزنبرگ (Heisenberg) استوار است ...
اصول رمزنگاری کوانتومی
امواج الکترومغناطیسی (به عنوان مثال نور) می‌توانند قطبیده شوند. قطبیدگی بنا بر قرارداد با جهتِ میدان الکتریکی تعریف می‌شود که در آن یا جهت نوساناتِ میدان الکتریکی ثابت است یا به شکل معینی تغییر می‌کند. به این ترتیب نورِ خورشید کاملاً غیرقطبیده است زیرا جهتِ میدان در آن به شکل کاملاً تصادفی عوض می‌شود. یک قطبش‌گر ابزاری است که تنها اجازه‌یِ عبورِ نور با جهتِ قطبیدگیِ خاصی را می‌دهد. بنابراین اگر نور کاملا غیرقطبیده باشد تنها نیمی از آن از قطبش‌گر عبور خواهد کرد. اما بر طبق نظریه کوانتوم، امواج نور (کلِ امواج الکترومغناطیسی) به‌شکل ذرات گسسته‌یِ بدون جرمی که فوتون نامیده می‌شوند انتشار می‌یابند. هر فوتون مقدارِ معینی انرژی، اندازه حرکت و اندازه حرکت زاویه‌ای دارد و قطبش با جهتِ اندازه حرکت زاویه‌ای یا اسپین آن معین می‌شود. در این نظریه فوتون یا از قطبش گر رد می‌شود یا نه، اما اگر رد شد جهتِ قطبشش با محورِ قطبش‌گر هم‌خط می‌شود، مستقل از این که چه قطبشِ اولیه‌ای داشته است. نظریه‌هایِ الکترومغناطیسی و کوانتومیِ نور با هم یک نظریه‌یِ نامتناقض و بدون ابهام را ایجاد می‌کنند که هر یک قادر به توصیفِ پدیده‌هایِ به‌خصوصی هستند. بنابراین نور دارایِ خاصیتِ دوگانه‌یِ ذره و موج است.
 |
رمزنگاریِ کوانتومی بر پایه‌یِ اصل عدم قطعیتِ هایزنبرگ (Heisenberg) استوار است که می‌گوید جفت‌های به‌خصوصی از خواصِ فیزیکیِ یک سیستم به‌شکلی به هم مربوطند که اندازه‌گیریِ هم‌زمانِ آن‌ها غیرممکن است و اندازه‌گیریِ یکی از آن‌ها از اندازه‌گیری کمیتِ دیگر به‌طور هم‌زمان جلوگیری می‌کند. این اصل با توجه به این نکته است که اندازه‌گیریِ یک سیستم حالتِ آن را تغییر می‌دهد. بنابراین وقتی در اندازه‌گیریِ قطبشِ فوتون جهت اندازه‌گیریِ خاصی را انتخاب می‌کنیم این انتخاب تمامی اندازه‌گیری‌هایِ بعدی را تحت تاثیر قرار می‌دهد چون قطبش را عوض می‌کند. برای مثال اگر جهتِ عمودی را برای اندازه‌گیریِ قطبش یک فوتون انتخاب کنیم فوتون با قطبشِ عمودی از قطبش‌گر رد می شود و قطبشِ افقی اصلا رد نمی‌شود، مستقل از این که فوتون دارایِ چه حالتِ اولیه‌ای بوده است. حال اگر اندازه‌گیریِ دیگری در زاویه‌یِ 45 درجه از اندازه‌گیری اول انجام دهیم احتمالِ عبورِ فوتون از قطبش‌گرِ دوم دقیقا 2/1 است. می‌گوییم قطبش‌گر اول اندازه‌گیری قطبش‌گر دوم را کاملاً تصادفی می‌کند. بنابراین اگر یک قطبش‌گرِ 0 یا 90 درجه برای دادن قطبش اولیه به اتم استفاده شود، در صورتی می‌توان جهتِ این قطبش را تشخیص داد که یک قطبش‌گرِ 0 یا 90 درجه انتخاب گردد، در غیر این صورت قطبش‌گرِ 45 یا 135 درجه یک خروجی با همین قطبش‌ها می‌دهد که یعنی با احتمالِ برابر یا قطبش عمودی بوده یا افقی.
دو جفت پایه تعریف می‌کنیم: پایه‌ی قائم (+) با دو محورِ عمودی 
(0 درجه) یا افقی 
(90 درجه)، و پایه‌ی قطری (x) با دو محور 
45 یا 
135 درجه نسبت به محور عمودیِ پایه‌ی اول.
بر طبق مکانیک کوانتومی اگر قطبش عمودی یا افقی باشد اندازه گیری در پایه یِ قائم (در هر یک از زوایایِ 0 یا 90 درجه) یک نتیجه یِ درست ِعمودی یا افقی را می دهد ولی اندازه گیری در پایه یِ قطری به طور تصادفی یا عمود یا افقی نتیجه می دهد. علاوه بر آن پس از این اندازه گیری جهت قطبش هم راستا با جهتی می شود که در آن اندازه گیری انجام شده است و تمامِ اطلاعات در مورد قطبشِ اولیه کاملا از بین می رود.
رمزنگاریِ کوانتومی تنها برایِ تولید و توزیعِ کلید استفاده می شود و نه برای انتقالِ اطلاعات. این کلید در مراحلِ بعدی می تواند همراه با هر الگوریتمِ رمزگذاری (یا رمزگشایی) برایِ تبدیلِ پیام به رمز یا برعکس استفاده شود.
کدگذاریِ اطلاعات با استفاده از فوتون ها که جهتِ قطبش آن ها می تواند برای نشان دادن 0 یا 1 استفاده شود امکانپذیر است. بنابراین هر فوتون میتواند شامل یک bit از اطلاعات کوانتومی باشد (که qbit در مقابل bit در مکانیک کلاسیک نامیده می‌شود). روشهایِ متفاوتی برای توزیعِ کلید وجود دارد. در علوم و فنون جدید بعدی به یکی از این رویکردها میپردازیم که اولین روشی است که برای حلِ مسئلهیِ توزیعِ کلید با استفاده از رمزنگاری کوانتومی توسطِ Charles H. Bennett و Gilles Brassard در سال 1984 ارائه شد. این طرح BB84 نامیده می‌شود.