Die Quanten-Schlüsselverteilung, oder QKD, ist eine Art von Quantenkryptographie-Protokoll. Sie nutzt die grundlegende Unsicherheit von Quantenpartikeln wie Photonen, um Informationen in ihnen zu kodieren und einen sicheren Schlüssel zu erzeugen. Dies kann ein schwieriges Thema sein, daher stellen wir Alice und Bob vor, um zu helfen. Sagen wir, dass Alice und Bob einen geheimen Schlüssel zwischen sich teilen wollen, ohne dass eine Abhörerin, Eve, davon erfährt. Mit QKD bereitet Alice ihre Photonen in bestimmten Quantenzuständen vor und sendet sie dann an Bob. Ein grundlegendes Prinzip der Quantenmechanik ist, dass jede Art von Messung den Quantenzustand eines Teilchens verändert. Und somit, wenn Eve versucht, den Quantenzustand der Photonen zu messen, die Alice gesendet hat, würde sie sie unvermeidlich verändern und damit ihre Anwesenheit bekannt machen. Wenn sie versucht, eine Kopie davon zu machen, ohne sie zu verändern, würde sie feststellen, dass sie durch etwas blockiert wird, das als Quanten-„No-Cloning-Theorem“ bekannt ist, wenn Alice und Bob das richtige Protokoll verwendet haben. Und so haben Sie es, ein sicheres Mittel, um einen geheimen Schlüssel zwischen zwei Parteien zu setzen! Sobald dieser geheime Schlüssel oder ein OTP (One-Time-Pad) gesetzt ist, können Alice und Bob sicher und geheim kommunizieren, ohne die Angst, dass eine dritte Partei sie belauscht oder ihre Informationen stiehlt. Es gibt verschiedene Arten von QKD-Protokollen. Einige Protokolle erfordern, dass einzelne Photonen zwischen Alice und Bob übertragen werden (Single Photon QKD). Aber die Erzeugung von Einzelphotonen-Zuständen ist schwierig, und daher werden oft schwach-kohärente Laserpulse an ihrer Stelle verwendet (Weak-Coherent Laser Pulse QKD). Eine zweite Art von QKD erfordert die Verwendung einer verschränkten Photonquelle, die Paare von verschränkten Photonen sowohl an Alice als auch an Bob sendet (Entangled Photon QKD). Es gibt derzeit weltweit verschiedene Missionen, die geplant sind, um QKD im Weltraum zu demonstrieren. Im Vereinigten Königreich arbeitet ein Konsortium, bestehend aus Craft Prospect, der University of Strathclyde und der University of Bristol, an der ROKS-Mission, die die Satellit-zu-Erde-Weak-Coherent-Laser-Pulse-QKD demonstrieren wird.