El protocolo
BB84 fue propuesto por Charles Bennett y Gilles Brassard en 1984. Es el primer protocolo de distribución cuántica de clave (QKD, Quantum Key Distribution) y el más estudiado. Su seguridad no depende de la dificultad computacional de un problema matemático — depende de las leyes de la mecánica cuántica.
Los cuatro pasos
1. Envío Alice genera bits aleatorios. Para cada bit elige aleatoriamente la base — lineal (⊕) o circular (◎) — y prepara el fotón en el estado correspondiente usando el polarizador y la lámina λ/4 cuando corresponda. Lo envía a Bob por el canal cuántico.
2. Medida Bob elige aleatoriamente su base de medida para cada fotón y registra el resultado.
3. Reconciliación de bases Alice y Bob comparan las bases usadas por un canal clásico público — no los bits. Descartan las posiciones donde las bases no coinciden. Conservan aproximadamente el 50% de los bits: la clave en bruto (raw key).
4. Estimación del QBER y decisión Comparan públicamente una muestra de la clave en bruto y calculan el QBER.
| QBER | Interpretación | Acción |
|---|---|---|
| ≈ 0% | Canal limpio, sin espía | Proceder con amplificación de privacidad |
| < 11% | Ruido tolerable | Corrección de errores + amplificación |
| ≥ 11% | Canal comprometido | Descartar clave, repetir sesión |
Ejemplo paso a paso
La base lineal (⊕) usa estados 0° y 90°. La base circular (◎) usa RCP ↻ (bit 0) y LCP ↺ (bit 1), generados con la λ/4.
| Posición | Bit Alice | Base Alice | Estado enviado | Base Bob | Bit Bob | ¿Bases iguales? | ¿Bit conservado? |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | ⊕ lineal | → 0° | ⊕ lineal | 0 | Sí | ✓ |
| 2 | 1 | ◎ circular | LCP ↺ | ⊕ lineal | ? | No | ✗ |
| 3 | 0 | ◎ circular | RCP ↻ | ◎ circular | 0 | Sí | ✓ |
| 4 | 1 | ⊕ lineal | ↑ 90° | ◎ circular | ? | No | ✗ |
| 5 | 1 | ◎ circular | LCP ↺ | ◎ circular | 1 | Sí | ✓ |
Clave en bruto resultante: 0, 0, 1 (posiciones 1, 3, 5).
Con Eve en el canal
Si Eve intercepta y reenvía, introduce errores en la clave en bruto. Alice y Bob lo detectan al comparar la muestra. Eve no puede leer la clave sin delatar su presencia — eso es lo que hace el protocolo seguro por principio físico, no por dificultad computacional.
