Protocolo BB84.

BB84, presentado por Charles Bennett y Gilles Brassard en 1984, es el protocolo canónico de distribución cuántica de claves (QKD). Alice transmite fotones individuales polarizados en uno de cuatro estados extraídos de dos bases no ortogonales —rectilínea (0°/90°) y diagonal (45°/135°)—, cada uno codificando un bit aleatorio. Bob mide cada fotón en una base elegida al azar; después, a través de un canal público autenticado, anuncian sus bases y conservan solo las rondas en las que coincidieron (cribado). La seguridad se basa en el teorema de no clonación: cualquier espía ("Eve") que mida un fotón desconocido en la base equivocada lo perturba, introduciendo errores.

Detección del espía

Alice y Bob sacrifican un subconjunto aleatorio de bits cribados para estimar la tasa de error de bit cuántico (QBER). En BB84, una vez que la QBER supera aproximadamente el 11 %, no se puede destilar ninguna clave secreta y el intercambio se aborta. Por debajo de ese umbral, la corrección de errores más la amplificación de privacidad comprimen la clave en bruto en una clave más corta y segura desde el punto de vista de la teoría de la información.

flowchart TD
  A[Alice: random bit + random basis] -->|polarized photon| B[Quantum channel]
  E[Eve intercepts?] -.measures & resends.-> B
  B --> C[Bob: measures in random basis]
  C --> D[Public channel: compare bases, sift]
  D --> F[Estimate QBER on sample]
  F -->|QBER > ~11%| G[Abort: eavesdropper likely]
  F -->|QBER low| H[Error correction + privacy amplification]
  H --> I[Shared secret key]

Despliegue en el mundo real

Los sistemas prácticos utilizan pulsos láser tenues en lugar de fotones individuales reales, lo que los expone a ataques de división del número de fotones; el método de estados señuelo (2003-2005) restablece la seguridad. El satélite Micius de China demostró BB84 con estados señuelo de satélite a tierra a lo largo de 1200 km en 2017, a ~1 kbit/s. A diferencia de los esquemas basados en retículos como CRYSTALS-Kyber, BB84 necesita hardware óptico especializado, por lo que complementa en lugar de reemplazar a la criptografía poscuántica frente a las amenazas de "cosechar ahora, descifrar después".