양자 암호 통신에서 송수신부 1쌍과 양자 채널로 구성된 전체 시스템.

양자 암호 키 분배 시스템(QKD system)으로 송신부와 수신부는 서로 같은 양자 암호 키를 안전하게 분배하여 가진다. 

* 양자 암호 키(quantum key): 양자 역학의 원리를 이용하여 만든 암호키 

양자 상태(quantum state)의 중첩(superposition)과 복제 불가능성 등과 같은 양자 역학의 원리를 이용하여 절대적인 안전성을 제공하기 위해 고안하였다. 양자 암호 키 분배 시스템(QKD system)은 송수신부 1쌍과 양자 채널로 구성된다. 일반적으로 송신부는 단일 광자를 생성하는 단일 광자 생성부(single photon detector), 단일 광자 위상 변조 및 간섭이 발생하는 광 간섭부(optical interferometer)로 구성된다. 수신부는 단일 광자를 검출하는 단일 광자 검출부(single photon detector), 광 간섭부로 구성된다. 참고로 가상의 이름을 사용해 송신부를 앨리스(Alice)로, 수신부를 밥(Bob)이라고 부른다. 

QKD 시스템에서는 송수신부의 양자 난수 발생기(QRNG: Quantum Random Number Generator)를 이용하여 송신부에서 생성된 단일 광자의 위상이나 편광을 무작위(random)로 변조하고, 수신부에서는 이를 검출한다. 이 과정에서 Alice와 Bob 간에 생성된 로우키(raw key)는 후처리 과정(post-processing)을 거쳐 최종적으로 비밀키(secured key)를 생성한다. 후처리 과정은 암호키(raw key)를 송수신자의 암호키와 일치하도록 키 정보를 유추하는 과정(sifting), 송수신자 간에 동일한 정보를 가질 수 있도록 정보를 보정하는 과정(information reconciliation), 비밀성을 증폭시키는 과정(privacy amplification), 정당한 송수신자가 맞는지 확인하는 인증 과정(Authentication)으로 나뉜다. 

제네바 대학(University of Geneva)에서 플러그 앤 플레이(PnP: Plug and Play) 방식의 QKD 시스템을 처음으로 개발한 이후 다수의 연구 그룹이 유선(fiber-based) 또는 무선(free space) 환경에서 사용할 수 있는 다양한 방식의 QKD 시스템을 개발하였다. 현재는 상용 수준의 시스템까지 개발한 상태다. QKD 시스템은 미래에 양자 컴퓨터(quantum computer)를 이용한 해킹 시도에도 안전성을 보장할 수 있지만, 전송 거리마다 발생하는 광손실률에 의한 전송 거리 제한이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 인공위성을 이용한 장거리 QKD, 양자 중계기(quantum repeater)에 대한 연구가 진행 중이다. 

중요 데이터를 암호화하는 데 필요한 암호키를 제공하는 QKD 시스템은 보안이 중요한 공공망, 정부망, 금융망 등에 주로 활용한다.