Protocole BB84.

BB84, introduit par Charles Bennett et Gilles Brassard en 1984, est le protocole canonique de distribution quantique de clés (QKD). Alice transmet des photons uniques polarisés dans l'un des quatre états issus de deux bases non orthogonales — rectiligne (0°/90°) et diagonale (45°/135°) — chacun encodant un bit aléatoire. Bob mesure chaque photon dans une base choisie au hasard ; sur un canal public authentifié, ils annoncent ensuite leurs bases et ne conservent que les tours où elles coïncidaient (tamisage). La sécurité repose sur le théorème de non-clonage : tout espion (« Eve ») qui mesure un photon inconnu dans la mauvaise base le perturbe, injectant des erreurs.

Détecter l'espion

Alice et Bob sacrifient un sous-ensemble aléatoire de bits tamisés pour estimer le taux d'erreur quantique (QBER). Pour BB84, dès que le QBER dépasse environ 11 %, aucune clé secrète ne peut être distillée et l'échange est interrompu. En dessous de ce seuil, la correction d'erreurs et l'amplification de confidentialité compressent la clé brute en une clé plus courte, sûre au sens de la théorie de l'information.

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]

Déploiement en conditions réelles

Les systèmes pratiques utilisent de faibles impulsions laser plutôt que de véritables photons uniques, ce qui les expose aux attaques par séparation du nombre de photons ; la méthode des états leurres (2003-2005) rétablit la sécurité. Le satellite Micius de la Chine a démontré un BB84 à états leurres du satellite au sol sur 1 200 km en 2017, à environ 1 kbit/s. Contrairement aux schémas fondés sur les réseaux euclidiens comme CRYSTALS-Kyber, BB84 nécessite un matériel optique spécialisé ; il complète donc la cryptographie post-quantique plutôt qu'il ne la remplace face aux menaces de type « récolter maintenant, déchiffrer plus tard ».