Inženýrské výzvy v oboru quantum a QKD
Kvantové technologie — kvantová komunikace (QKD), kvantové výpočty založené na fotonech a kvantová senzorika — jsou ve fázi přechodu z akademických laboratoří do průmyslových nasazení. Polský a evropský průmysl intenzivně investuje do této oblasti, mimo jiné v rámci Evropské kvantové iniciativy (EQI).
Všechny tyto technologie jsou založeny na přesných fotonických komponentách — zdrojích spletených fotonů, detektorech SNSPD, fázových modulátorech, filtrech WDM s rozlišením pm a vláknových sítích QKD. Návrh každého z těchto prvků vyžaduje simulační nástroje, které pracují na stejné úrovni přesnosti jako kvantové jevy.
OptiSystem podporuje modelování protokolů QKD a analýzu bezpečnosti kvantových kanálů. OptiFDTD a OptiOmega umožňují návrh nanorezonátorů a vlnovodných komponent pro kvantové fotonické obvody. Jde o oblast, ve které Polsko může budovat technologický náskok — a iSymulacje poskytuje nástroje pro tuto práci.
Jak náš software podporuje návrh?
| Produkt | Role v této oblasti |
|---|---|
 | Simulace kanálů QKD (BB84, E91), analýza QBER, kvantové sítě s repeatery |
 | Návrh kvantových PIC — nanorezonátory, vazební členy pro spletené fotony |
 | Simulace fotonických nanodutin, rezonátorů WGM, antén pro jednotlivé fotony |
 | Vlnovody v kvantových obvodech — dělitele, MZI pro kvantová hradla |
Příklad použití: simulace spoje QKD BB84 s analýzou QBER
Bezpečnostní předpoklady
Cílem projektu bylo ověřit funkci vláknového kanálu kvantové komunikace využívajícího protokol BB84 na vzdálenost přibližně 50 km. Model zahrnoval zdroj slabých optických impulsů, přenosový kanál a systém detekce jednotlivých fotonů, což umožnilo posoudit kvalitu a bezpečnost přenosu kvantového klíče.
Model vysílače a kvantového kanálu
V simulaci byl zobrazen zdroj impulsů s kontrolovaným průměrným počtem fotonů na impuls, odpovídající požadavkům praktických systémů QKD. Byl zohledněn útlum optického vlákna, ztráty optických prvků, nedokonalosti polarizační modulace a časové nestability zdroje ovlivňující přesnost přenosu.
Analýza kvantových chyb (QBER)
Byla provedena analýza součinitele QBER (Quantum Bit Error Rate), která určila vliv šumu detektoru, temných čítání, optických ztrát a chyb nastavení měřicích bází na kvalitu získávaného kvantového klíče. Výsledky umožnily posoudit, zda parametry kanálu splňují bezpečnostní požadavky protokolu BB84.
Model kvantového přijímače
V přijímacím systému byly zohledněny detektory SNSPD (Superconducting Nanowire Single-Photon Detector) spolu s jejich detekční účinností, dobou odezvy, časovým jitterem a úrovní šumu. Analýza umožnila určit vliv parametrů detektoru na konečnou hodnotu QBER a efektivní rychlost generování klíče.
Optimalizace parametrů spoje
Na základě výsledků simulace byly optimalizovány parametry vysílače, vláknového kanálu a přijímače tak, aby byl součinitel QBER udržen pod požadovanou úrovní akceptace pro bezpečnou distribuci kvantového klíče.
Ověřený návrh
Počítačový model umožnil posoudit dosah, stabilitu a kvalitu přenosu QKD ještě před provedením nákladných terénních testů. Simulace omezila návrhové riziko a umožnila připravit konfiguraci spoje pro nasazení do skutečné vláknové infrastruktury.
Nejčastější dotazy
Quantum a QKD
Podporuje OptiSystem protokoly QKD BB84, E91 a CV-QKD?
OptiSystem obsahuje komponenty pro modelování systémů kvantové distribuce klíče, včetně zdrojů fotonů, polarizačních analyzátorů a detektorů. Modelování plných kryptografických protokolů vyžaduje doplnění o skripty Python nebo MATLAB — náš inženýr může v této oblasti poradit.
Je OptiFDTD vhodný pro návrh zdrojů spletených fotonů (SPDC)?
Ano. OptiFDTD dokáže modelovat procesy SPDC (Spontaneous Parametric Down-Conversion) ve strukturách periodicky polovaného LiNbO₃ (PPLN) a nelineárních fotonických krystalů, s výpočtem účinnosti konverze a vlastností výsledných fotonů.
Jsou k dispozici akademické licence pro výzkumné skupiny zabývající se kvantovými technologiemi?
Ano. Všechny produkty Optiwave jsou dostupné v akademických verzích. Kontaktujte nás — pomůžeme zvolit licence vhodné pro váš výzkumný projekt a případně upozorníme na možnosti financování (granty NCN, NAWA, evropské projekty EQI).
Máte specifickou výzvu v tomto oboru?
Náš inženýr odpoví do 1 pracovního dne, poradí s nástroji a licenčními možnostmi.
Poslat dotaz inženýroviHledáte software OptiSystem?
Získejte 14-30denní zkušební verzi a vyzkoušejte OptiSystem s plnou technickou podporou během vašeho aktuálního projektu.
Získat zkušební verzi OptiSystem