量子密碼學是利用量子力學特性來執行密碼任務的科學。量子密碼學最著名的例子是量子密鑰分配，它為密鑰交換問題提供了一個信息理論上的安全解決方案。量子密碼學的優勢在于，它允許完成各種被證明或猜測為只用經典（即非量子）通信不可能完成的密碼學任務。例如，不可能復制在量子狀態下編碼的數據。如果有人試圖讀取編碼的數據，由于波函數坍縮，量子態將被改變（無克隆定理）。這可用于檢測量子密鑰分配（QKD）中的竊聽行為。

在20世紀70年代初，當時在紐約哥倫比亞大學的斯蒂芬-威斯納提出了量子共軛編碼的概念。他的開創性論文《共軛編碼》被IEEE信息論學會拒絕，但最終于1983年發表在SIGACT新聞上。在這篇論文中，他展示了如何通過對兩個共軛觀測變量（如光子的線性和圓形偏振）進行編碼來存儲或傳輸兩個信息，從而使其中任何一個，而不是兩個，都可以被接收和解碼。直到1979年在波多黎各舉行的第20屆IEEE計算機科學基礎研討會上，IBM公司托馬斯-J-沃森研究中心的Charles H. Bennett和Gilles Brassard相遇，他們才發現如何納入Wiesner的發現。1984年，在這項工作的基礎上，貝內特和布拉薩德提出了一種安全通信的方法，現在被稱為BB84。1991年，Artur Ekert提議使用Bell的不等式來實現安全的密鑰分配。Ekert的密鑰分發協議，隨后被Dominic Mayers和Andrew Yao證明，提供與設備無關的量子密鑰分發。

制造量子密碼系統的公司包括MagiQ技術公司（美國馬薩諸塞州波士頓）、ID Quantique（瑞士日內瓦）、QuintessenceLabs（澳大利亞堪培拉）、東芝（日本東京）、QNu實驗室和SeQureNet（法國巴黎）。

密碼學是數據安全鏈中xxx大的環節。然而，有關各方不能假定加密密鑰將無限期地保持安全。量子密碼學有可能比經典密碼學更長時間地加密數據。使用經典密碼學，科學家不能保證加密時間超過大約30年，但一些利益相關者可以使用更長的保護期。以醫療保健行業為例。截至2017年，85.9%的診所醫生使用電子醫療記錄系統來存儲和傳輸病人數據。根據《健康保險可攜性和責任法案》，醫療記錄必須保密。通常情況下，紙質醫療記錄在一段時間后被粉碎，但電子記錄會留下數字痕跡。量子密鑰分配可以保護電子記錄長達100年之久。此外，量子密碼學對政府和軍隊也有有用的應用，因為從歷史上看，政府對軍事數據的保密期超過60年。也有證據表明，量子密鑰分配可以通過一個嘈雜的信道進行長距離的傳輸，并且是安全的。它可以從一個有噪聲的量子方案還原成一個經典的無噪聲方案。這可以用經典的概率論來解決。通過實施量子中繼器，這種在嘈雜的信道上擁有一致保護的過程可以實現。量子中繼器有能力以一種有效的方式解決量子通信錯誤。量子中繼器，也就是量子計算機，可以作為片段駐扎在噪聲信道上，以確保通信的安全性。量子中繼器通過凈化信道的分段，然后再連接它們形成一條安全的通信線路。次量子中繼器可以通過長距離的嘈雜信道提供有效的安全量。

量子密碼學是一個一般學科，涵蓋了廣泛的密碼學實踐和協議。下面討論一些最引人注目的應用和協議。

量子密碼學最著名和最發達的應用是QKD，它是利用量子通信在兩方（例如Alice和Bob）之間建立一個共享密鑰的過程，而第三方（Eve）無法了解該密鑰的任何信息，即使Eve可以竊聽Alice和Bob之間的所有通信。如果Eve試圖了解關于正在建立的密鑰的信息，就會出現差異，導致Alice和Bob注意到。