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  量子密碼學最著名且發展最完善的應用是量子金鑰分發。量子金鑰分發是利用量子通訊的方式,讓通訊雙方(Alice和Bob)彼此擁有共同的金鑰。在此方法中,既使竊聽者(Eve)可竊聽通訊雙方(Alice和Bob)之間所有通訊,竊聽者也無法學習到有關金鑰的資訊。這是因為Alice利用量子態來加密金鑰,當Eve試圖竊聽時,根據觀察量子態勢必造成量子態改變的特性,Alice和Bob會發現他們的通訊已被竊聽。此時,Alice和Bob就會放棄此次的通訊。一般來說,量子金鑰分發只用來傳遞古典對稱性加密所用的金鑰。  量子金鑰分發的安全性,可在不限制竊聽者的能力之下,嚴格被數學所證明,這樣的安全性通常被稱為「無條件的安全性」。但量子金鑰分發仍需要一些最基本的假設,包括量子力學的特性成立,以及Alice和Bob可對彼此的身份進行認證,否則可能遭受中間人攻擊。  量子金鑰分發可抵抗量子電腦的攻擊是基於物理法則,而不是像後量子密碼學是基於量子電腦尚未攻破的數學難題。

  因為具規模的量子計算機在未來可能出現,所以研究可抵抗量子攻擊的密碼架構更顯重要,這類的研究常被歸類為「後量子密碼學」。對後量子密碼學的需求,始於現今許多公鑰加密和簽章(如RSA和橢圓曲線)將會被量子電腦上的秀爾演算法所破解。目前為止,McEliece和lattice-based的架構仍被認為可以抵抗此類的量子攻擊。
量子密碼學(英語:Quantum cryptography)泛指利用量子力學的特性來加密的科學。量子密碼學最著名的例子是量子金鑰分發,而量子金鑰分發提供了通訊兩方安全傳遞金鑰的方法,且該方法的安全性可被資訊理論所證明。目前所使用的公開金鑰加密與數碼簽章(如ECC和RSA)在具規模的量子電腦出現後,都會在短時間內被破解。量子密碼學的優勢在於,除了古典密碼學上的數學難題之外,再加上某些量子力學的特性,可達成古典密碼學無法企及的效果。例如,以量子態加密的資訊無法被複制。又例如,任何試圖嘗試讀取量子態的行動,都會改變數子態本身。這使得任何竊聽量子態的行動會被發現。