Loin de la science-fiction, la cryptographie quantique est d'ores et déjà une réalité commerciale exploitée par des sociétés telles que ID Quantique ou Magiqtech. Son but n'est pas tant d'assurer la confidentialité des données (il existe pour cela de nombreux algorithmes traditionnels très fiables), mais plutôt de résoudre l'autre grand défi de la cryptographie : l'échange d'une clé de chiffrement sur un réseau public.

D'apparence simple, le problème est pourtant complexe : comment permettre à deux personnes qui ne partagent rien de s'accorder sur une clé secrète en ne communiquant qu'au travers d'un réseau public ?

Là où les solutions classiques, tel l'algorithme Diffie-Hellman, reposent sur des principes mathématiques, la cryptographie quantique exploite, elle, un principe physique : le comportement imprévisible de la lumière sur une fibre optique. Les solutions de cryptographie quantique actuelles fonctionnent donc sur une fibre optique. Elles imposent que les deux correspondants disposent d'un second canal de communication.

Pour transmettre sa clé, l'émetteur envoie une série de photons sur la fibre optique. Chacun peut être polarisé (aligné) selon quatre angles différents. La polarisation de chaque photon est décidée par l'émetteur, qui la garde secrète. Chaque photon correspond à un bit d'information et prendra à l'arrivée la valeur 0 ou 1 selon sa polarisation d'origine.

À l'autre bout de la ligne, le destinataire dispose d'un filtre polarisant, qui peut être réglé sur deux axes seulement, vertical ou oblique. Le destinataire choisit au hasard un des deux réglages pour chaque photon qu'il reçoit. Seuls seront reçus ceux étant dans le même sens à l'émission et à la réception, les autres photons étant perdus. D'autre part, si un filtre réglé verticalement laisse bien passer les photons polarisés à la verticale (0°) et bloque ceux polarisés à l'horizontale (90°), il est en revanche impossible de prévoir son comportement face aux photons polarisés sur un axe oblique (45 ou 135°). Certains passeront, d'autres pas. C'est cette incertitude quantique, documentée en 1927 par le physicien Werner Karl Heisenberg, qui garantit l'inviolabilité de la communication.

À l'issue de la transmission, les deux partenaires font le point sur les photons émis (avec quelle polarisation) et reçus (avec quel réglage de filtre). Il est alors possible d'évaluer statistiquement le taux d'erreurs du destinataire dans la réception des photons (entre ses propres mauvais choix d'alignement et l'imprécision quantique naturelle). Un intrus sur la ligne viendra totalement bouleverser ce modèle statistique, et il sera facilement détecté. Si aucun intrus n'a été détecté, les photons reçus, associés à leur bit d'information, constituent la clé qui permettra le chiffrement de n'importe quel document avec n'importe quel algorithme.