Вивчення квантової фізики розпочалося на початку 20-го століття, коли вчені виявили, що найменші об’єкти Всесвіту — атоми та субатомні частинки — поводяться не так, як матерія у великомасштабному світі, наприклад, перебуваючи в декількох місцях одночасно.
Наявні комп’ютери та комунікаційні мережі зберігають, обробляють і передають інформацію, розбиваючи її на довгі потоки бітів, які, як правило, є електричними або оптичними імпульсами, що представляють нуль або одиницю. Квантові частинки, також відомі як квантові біти, або кубіти, можуть існувати як нулі та одиниці одночасно, або в будь-якому положенні між ними, гнучкість, відома як “суперпозиція”, що дозволяє їм обробляти інформацію новими способами.
У підвальному приміщенні університету апаратне забезпечення, виготовлене японською компанією Toshiba, випромінює пари заплутаних фотонів і надсилає по одному з кожної пари через мережу до Аргонни, яка знаходиться за 30 миль (48 км) від університету, в місті Лемонт, штат Іллінойс. Один ключ шифрування кодується на ланцюжку фотонних пар.
Апаратне забезпечення шафи підключено до 124-мильної (200 км) волоконно-оптичної мережі, яка пролягає від університетського кампусу на південній стороні Чикаго до двох лабораторій у західних передмістях.
Команда використовує фотони — квантові частинки світла — для виправляння ключів шифрування через мережу, щоб побачити, наскільки добре вони проходять через волокна, які прокладено під автомагістралями та мостами. Квантові частинки надзвичайно делікатні й мають схильність виходити з ладу за найменших збурень, таких як вібрація або зміна температури, тому надсилати їх на великі відстані в реальному світі досить складно. Коли мандрівні фотони досягають Аргонни, тамтешні вчені вимірюють їх і витягують ключ.