现以A与B的通信为例,看看量子密钥是如何在公开的通道中传输的。
AB两人事先约定:右旋圆偏振和垂直线偏振代表数字码的“1”,左旋圆偏振和水平线偏振代表数字码“0”。假定A发出一个垂直线偏振光子给B(即发出“1”),当然B并不知道A选择了这个光子偏振态,他将随意地选择测量圆偏振或者线偏振的装置。假设这次他正好用检偏器来测量光子的线偏振态,于是他能确切地知道光子处于垂直线偏振态(即他读出“1”),正确地得到A传送来的信息。现在若有位窃听者,他也必须选择某一种测量偏振的装置——或者圆偏振,或者线偏振,当他选择了圆偏振装置时,他有50%的几率测到右旋圆偏振(即有50%的几率读到正确码“1”),另50%的几率测到左旋圆偏振(有50%几率读到误码“0”)。当然窃听者无法知道自己已选择错了测量仪器,他根据自己的测量结果制备一个有确定圆偏振态的光子,发送给B,B本来已经选对了正确的仪器(线偏振),若没有窃听者,他必能100%的读到正确码“1”,现在窃听者却破坏了原来的通道,使B接收到的不再是A的垂直线偏振光子,这时B只有50%的几率读到“1”,如果事后A与B公开地通报双方的结果,就会发现他们传送的信息可能不一致,就会发现窃听者存在。上述结果也可由下图的示意表示:量子密码方案就是要在A与B之间建立这样的关系,一旦有人企图窃听,就会不可避免地出现误码。对于一次测量,窃听者不被发现的几率为3/4,当进行m次时,该几率就为(3/4)m。例如m=100时,不被发现的几率为3.2×10E-13,也就是说在十亿次中只有三次可侥幸地不被发现量子密码传输的方案.
A与B基于单光子偏振特性的量子密码传输方案如下:
(1)A向B发送一个系列的单个光子,每发射一个光子时,随机地选取四个不同偏振态之中的一个,她记录下她每次所选择的偏振态和编制在其中的数码“1”或“0”。
(2)B随机独立地选择圆或线偏振的检偏仪器来测量每一次传送来的光子,并记录测量结果“0”或“1”。
(3)A知道B每次所选的仪器就能确定Bob在那些测量中使用了正确的仪器。
(4)A,B将选对的作为共享的密钥K,这种密钥只有在两人的共同参与下才得以存在,事先是并不存在的。
(5)B公开某些数据,供A核对确认。
(6)若与A完全一样则可确定未被窃听,余下未公开的便是安全的密钥。
(7)但若发现有不同结论,即有窃听者存在,则所有数据均抛弃,不做为密钥。