一个量子系统的基矢态的数目可能无限多，基矢态对应的物理量取值的分布是连续的，比如动量是可以连续变化的，它对应的动量量子态就无限多。

一个量子系统的基矢态数目也可能是有限的，基矢态所对应的物理量取值的分布是分立的， 比如我们这里讨论的偏振量子态。这种分立的情况适合用于信息处理，这就是量子信息。可以用一个双态系统（基矢态只有两个）的两个基矢态代表比特（二进制数，信息的基本单位）0 和1。 因为它们是量子态，所以它们代表的是量子比特，服从量子力学的规律。

量子信息包括若干方面。下面我们先来说说量子密码。

密码的一个关键是密钥，比如一串比特，即每个数是二进制数0或1。发出信息的一方将信息转换为一串比特，然后将每个比特与密钥中的比特以二进制规则相加，而且每个比特保持一位，即逢2回到0。这就是加密。加密后的比特串发给接收信息的一方。其收到后再将每个比特分别与密钥中的比特相加并逢2回0（也就是相减，二者结果一样），由此就得到原来的信息，这就是解密。

量子密码的一个主要方法就是利用量子态产生密钥，这就是量子密钥分配。注意，最后得到的密钥本身仍然是经典的。

量子密钥分配的一个主要方案是由Bennett和Brassard在1984年提出的BB84方案。 下面我用光子的偏振态解释。

假设两个人A和B要确定一组共享的密钥。A先随机地用｜？＞或者｜↗＞代表0，并随机地用｜？＞或者｜↖＞代表1。A以此方法产生一批光子，发送给B。B对于每个光子测量其偏振态，每次测量又都是随机选择｜？＞和｜？＞这组基或者｜↗＞和｜↖＞这组基。

然后A和B交流，对于每个光子的产生和测量，分别是用了哪组基，但不说明具体的态。他们的这个交流不需要保密，可以是公开的。然后将产生和测量用的基不一样的情况剔除，剩下的光子的偏振态在A发出和B测量后应该是一样的，而且别人不知道。

理想情况下，这些剩下的光子既然产生与测量的基一致，那么它们在B测量后的偏振态也就应该与在A 处产生时一样，除非被“窃听”过。

假设某个光子曾在传输途中被E截留，E测量其偏振态，然后再发给B。这就是所谓“窃听”。E当时不知道该光子是通过哪组基产生的。假设他随机地选择这两组基之一来测量，如果E测量所用的基碰巧与光子在A处产生时的基一致（有1／2 几率是这样），那么E就会正确地测量得到光子的偏振态，而且未作改变，又发给了B。 这样，光子的偏振态就与没有被窃听的情况一样。B收到该光子后，如果用与A一样的基测量，得到的结果就与光子产生发出时的偏振态一样。E的窃听就不能被发现。

但是如果E窃听时用的基与原来的不一样（有1／2 几率是这样），那么测量之后，光子偏振态就改变了，变成E测量所用的基上的两个基矢态之一。B 收到该光子后，如果用与A一样的基测量，那么其中只有1／2 几率得到的结果与产生时一样。另有1／2几率得到的结果与产生时的偏振态相正交，这就出错了。因此总的来说，如果存在窃听，就会引起可观的错误率，在上述窃听方案下，引起的错误率是1／4。

举个更具体的例子。假设A产生一个偏振态｜？＞的光子。被E截获，E在｜？＞和｜？＞这组基上测量。结果当然是｜？＞。然后E 将光子发出，被B收到。B选择了在｜？＞ 和｜？＞这组基上测量（所以后来这个光子在A和B 交流产生与测量时所用的基以后才会留下）。结果当然还是｜？＞，情况与没有被E窃听的情况一样。但是如果E截留后，在｜↗＞和｜↖＞这组基上测量，结果要么是｜↗＞，要么是｜↖＞。测量后，发给B。B在｜？＞和｜？＞这组基上测量。

这样，不管光子偏振态在E测量后是｜↗＞ ，还是｜↖＞，B的测量结果中有1／2 几率是｜？＞，1／2几率是｜？＞。 总之，虽然B测量该光子所用的基与A产生它时一致， 但是有1／2 几率光子的偏振态与产生时不一样了。

因此A和B可以从产生与测量所用的基相同的光子中选择一部分来做抽查，将它们产生与测量的偏振态作比较。如果没有被窃听过，这些光子被B测量得到的结果应该与在A 出产生时一样。而如果被窃听过，其中有一些光子的偏振态就有变化。如果E每次窃听是完全随机选择这两套基中的一个，那么偏振态发生变化的光子占1／4。由此A和B可以判断出是不是存在窃听。

这个方案的保密性基于不同的基之间的不相容，即互为叠加态。相比于经典公钥系统依赖于数学上没有证明的假设以及量子计算机还没有实现的情况，量子密码术依赖于物理定律，是彻底的安全保障。这样产生的私钥通过公开信道产生。在这一点上，比携带或者用经典方式传送一次性密钥不但更安全，而且更方便。

量子密钥分配产生的只是密钥，而不是加密文件。量子密钥分发虽然利用了量子态，但是最后产生的密钥仍然是一串经典的比特串，也可以用于传统的经典加密和经典通信。