在国际间谍活动的秘密日子里，间谍和他们的操纵者经常通过密码进行交流。每个人都有一个相同的记事本，上面有用于编码和解码公报的密钥。每次传输之后，密钥都会被销毁，使得信息几乎无法破译。
这对人类演员来说效果很好，他们可以在分道扬镳之前秘密会面领取钥匙。对于需要通过不安全通信通道接收密钥的计算机来说，这要困难得多。因此，大多数计算机都依赖于算法，这些算法对于未经授权的用户来说需要很长的时间才能破解，但如果通过所谓的暴力来应用足够的计算能力，这些算法可能会被破解。
量子物理学的帮助
量子物理学可能提供更好的选择。在传统的射频通信中，二进制数据通过改变其幅度、频率或相位在无线电波上进行编码。量子方法对单个光子的数据进行编码，通常基于其偏振。安全性来自于这样一个事实：在量子世界中，测量一个粒子状态的行为改变了这个状态。此外，量子物理学的一个基本原理“不可克隆”定理断言，一个未知状态不可能完全复制。因此，任何试图秘密截取或再现信息的企图都将失败。
例如，想象一个投手扔了一个在空中旋转的球。当球被接住时，接球手可以决定旋转的方向。一个看不见的入侵者可以尝试先接住球，甚至可能发送一个假的版本——但这样做会改变旋转和到达的时间，这样的差异就会被检测出来。现在，假设这个球是一个单光子。spin可用于对二进制数据进行编码，二进制数据可用于生成仅由发送方和接收方共享的惟一加密密钥。然后可以使用此密钥加密和解密后续消息。
安全QKD
航空航天部门一直在研究这种称为量子密钥分配（QKD）的技术是否可以用于与国家安全航天器建立安全通信。”云平台和架构部的乔舒亚•斯托默（Joshua Stoermer）说：“我们的目标是评估QKD在天基作战中的可行性和性能，其中通信双方是天基光发射机，或者是天基接收机，或者是固定的地面接收机。”
在大气中追踪单个光子的想法听起来可能有些遥不可及，但这项技术已经触手可及。他说:“我们已经建立和模拟了空对地QKD，证明了这是可能的。”事实上，中国已经展示了空对地QKD。然而，探测单光子并非易事。“光是光束传播就会损失数量级的光子——然后你就需要检测到那个到达接收器的光子!”你的滤光片宽度需要非常窄，你的计时需要完美——否则，你将只能探测到一个背景光子，”他解释道。
实验室中的QKD
该研究团队最近组装了一个测试平台，将商用现货(COTS)组件与定制控制器结合在一起。“理想情况下，我们会有一个每脉冲传输一个光子的光源，”Stoermer解释说;然而，单光子源在商用现货市场上并不容易获得。相反，该团队使用弱相干源(二极管激光器)和门控脉冲平均每脉冲传输一个光子。这项技术需要更多的工作，但是，Stoermer说，“我们可以实现与单光子源相同的安全性(数学上)。”
该团队已经在实验室中完成了概念验证实验，并计划进行一系列的地对地实验，其中发射器和接收器将被放置在不同的位置。之后，团队将进行空对地或空对空实验。斯特尔默说，这些努力将最终通过立方体卫星进行基于天基的QKD演示，空间对地或空间对空间。
最终，这些调查的结果将有助于航空航天指导客户在空间实施QKD的实际工程考虑。
