Un séparateur de faisceau, tel qu'utilisé dans la distribution de clé quantique (QKD), est un mécanisme qui divise les photons et les polarise. Les séparateurs de faisceau peuvent diviser les faisceaux de lumière linéairement ou en diagonale. En cryptographie quantique, ce processus de polarisation permet aux photons (appelés bits en cryptographie) d'apparaître dans deux états différents pour les parties en interaction. Les deux parties (Alice et Bob) verront les bits comme 0 ou 1.
L'exemple suivant d'un protocole de retournement de pièces, l'une des méthodes de distribution de clés quantiques entre deux parties, illustre le fonctionnement d'un séparateur de faisceau dans QKD. Pour commencer le protocole de retournement de pièces, une méthode utilisée entre deux parties méfiantes, Alice utilise un séparateur de faisceau pour polariser les photons, selon les principes de la physique quantique. Le séparateur de faisceau divise les photons. Les bits quantiques générés, ou qubits, elle les envoie ensuite à Bob. Bob utilise également un séparateur de faisceau pour polariser les photons et enregistre les mesures de bits résultantes, souvent mesurées comme 0 ou 1 comme les bits traditionnels. Il les envoie à Alice pour comparer les résultats. Si Alice a les mêmes résultats, elle le confirmera alors. Alice et Bob utiliseront ensuite les bits qui avaient la même polarisation pour créer une clé de chiffrement secrète. Le processus est largement invisible pour les utilisateurs et géré par un logiciel de cryptage.
Les séparateurs de faisceaux peuvent également être utilisés par un attaquant pour interrompre ou écouter le processus de création de clé. L'attaquant (Eve) peut utiliser un séparateur de faisceau pour intercepter les photons au fur et à mesure qu'Alice les envoie à Bob, ce qui ne provoquera pas de perturbation en mécanique quantique comme le font la plupart des écoutes en cryptographie quantique. Eve peut alors être en mesure de contrôler ce qu'elle envoie à Bob, interférant avec leur processus de distribution de clés quantiques secrètes. Alice et Bob n'ont plus de canal sécurisé dans lequel ils peuvent créer une clé secrète. Les problèmes de sécurité tels que les attaques par division de faisceau et d'autres interférences telles que l'injection de lumière doivent être résolus dans les systèmes de cryptage quantique.