Phân phối khóa lượng tử (QKD), là ứng dụng quan trọng nhất của mật mã lượng tử, hứa hẹn nguyên tắc bảo mật vô điều kiện dựa trên các định luật vật lý lượng tử. Trong các giao thức QKD, bên nghe trộm, không thể giữ một bản sao lượng tử hoàn hảo của các tín hiệu lượng tử vì không thể tồn tại các máy sao chép lượng tử hoàn toàn. Ngoài ra, bên nghe trộm còn bị ngăn chặn khỏi việc nghe trộm hoàn toàn, do định lý không nhân bản lượng tử không một phép đo lượng tử nào có thể được thực hiện mà không làm xáo trộn hệ thống lượng tử, trừ khi phép đo tương thích với trạng thái lượng tử. Đối với đặc tính độc đáo này, QKD đang trở thành một yếu tố thiết yếu của Internet lượng tử an toàn trong tương lai. Các giao thức phân phối khoá lượng tử đang được nghiên cứu rộng rãi hướng tới ứng dụng trong vệ tinh. Các giao thức QKD có thể được ứng dụng triển khai trong cả các liên kết truyền thông có dây tức là cáp quang và không dây tức là các liên kết giao tiếp quang không gian tự do (FSO). FSO đề cập đến sự truyền dẫn chùm tia sáng qua khí quyển (LOS), vốn linh hoạt hơn và rẻ hơn để triển khai so với sợi quang. Hơn nữa, FSO cũng cung cấp tốc độ dữ liệu cao và cung cấp các kết nối chống nhiễu, đặc biệt hấp dẫn cho các kịch bản triển khai trong môi trường không dây không đồng nhất siêu dày đặc thế hệ thứ năm (5G). FSO cũng là một công nghệ đầy hứa hẹn cho truyền thông từ vệ tinh tới mặt đất, qua đó các giao thức QKD có thể được sử dụng để cung cấp một mạng truyền thông toàn cầu thực sự an toàn.