Ein Strahlteiler, wie er in der Quantenschlüsselverteilung (QKD) verwendet wird, ist ein Mechanismus, der Photonen teilt und polarisiert. Strahlteiler können Lichtstrahlen linear oder diagonal teilen. In der Quantenkryptographie ermöglicht dieser Polarisationsprozess, dass die Photonen (in der Kryptographie als Bits bekannt) den interagierenden Parteien in zwei verschiedenen Zuständen erscheinen. Die beiden Parteien (Alice und Bob) sehen Bits als 0 oder 1.
Das folgende Beispiel eines Münzwurfprotokolls, eines der Verfahren zum Durchführen einer Quantenschlüsselverteilung zwischen zwei Parteien, veranschaulicht, wie ein Strahlteiler in QKD funktioniert. Um das Münzwurfprotokoll zu beginnen, eine Methode, die zwischen zwei misstrauischen Parteien angewendet wird, verwendet Alice einen Strahlteiler, um Photonen nach quantenphysikalischen Prinzipien zu polarisieren. Der Strahlteiler teilt die Photonen. Die erzeugten Quantenbits oder Qubits sendet sie dann an Bob. Bob verwendet auch einen Strahlteiler, um die Photonen zu polarisieren und die resultierenden Bitmessungen aufzuzeichnen, die wie herkömmliche Bits häufig als 0 oder 1 gemessen werden. Er schickt diese an Alice, um die Ergebnisse zu vergleichen. Wenn Alice die gleichen Ergebnisse hat, wird sie dies bestätigen. Alice und Bob verwenden dann die Bits mit derselben Polarisation, um einen geheimen Verschlüsselungsschlüssel zu erstellen. Der Prozess ist für Benutzer weitgehend unsichtbar und wird von Verschlüsselungssoftware ausgeführt.
Strahlteiler können auch von einem Angreifer verwendet werden, um den Schlüsselerstellungsprozess zu unterbrechen oder zu belauschen. Der Angreifer (Eve) kann einen Strahlteiler verwenden, um Photonen abzufangen, während Alice sie an Bob sendet, was die Quantenmechanik nicht stört, wie es die meisten Lauschangriffe in der Quantenkryptographie tun. Eve kann dann möglicherweise steuern, was sie an Bob sendet, und so ihren geheimen Quantenschlüsselverteilungsprozess stören. Alice und Bob haben keinen sicheren Kanal mehr, in dem sie einen geheimen Schlüssel erstellen können. Sicherheitsprobleme wie Strahlteilungsangriffe und andere Interferenzen wie Lichtinjektion müssen in Quantenverschlüsselungssystemen behandelt werden.