Protocolo BB84.

O BB84, introduzido por Charles Bennett e Gilles Brassard em 1984, é o protocolo canônico de distribuição quântica de chaves (QKD). Alice transmite fótons individuais polarizados em um de quatro estados extraídos de duas bases não ortogonais — retilínea (0°/90°) e diagonal (45°/135°) — cada uma codificando um bit aleatório. Bob mede cada fóton em uma base escolhida aleatoriamente; em seguida, por um canal público autenticado, eles anunciam suas bases e mantêm apenas as rodadas em que houve correspondência (peneiração, ou sifting). A segurança repousa sobre o teorema da não clonagem: qualquer bisbilhoteiro ("Eve") que meça um fóton desconhecido na base errada o perturba, injetando erros.

Detectando o bisbilhoteiro

Alice e Bob sacrificam um subconjunto aleatório dos bits peneirados para estimar a taxa de erro de bit quântico (QBER). No BB84, uma vez que a QBER excede cerca de 11%, nenhuma chave secreta pode ser destilada e a troca é abortada. Abaixo desse patamar, a correção de erros somada à amplificação de privacidade comprime a chave bruta em uma chave mais curta e incondicionalmente segura do ponto de vista da teoria da informação.

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]

Implantação no mundo real

Os sistemas práticos usam pulsos de laser fracos em vez de verdadeiros fótons individuais, expondo-os a ataques de divisão do número de fótons (photon-number-splitting); o método de estados-isca (decoy-state, 2003–2005) restaura a segurança. O satélite Micius da China demonstrou o BB84 com estados-isca de satélite para o solo ao longo de 1.200 km em 2017, a ~1 kbit/s. Diferentemente de esquemas baseados em reticulados como o CRYSTALS-Kyber, o BB84 requer hardware óptico especializado, de modo que complementa, em vez de substituir, a criptografia pós-quântica contra ameaças do tipo "colher agora, decifrar depois" ("harvest now, decrypt later").