Інженерні виклики в галузі квантові технології та QKD
Квантові технології — квантовий зв’язок (QKD), квантові обчислення на основі фотонів і квантова сенсорика — переходять з академічних лабораторій до промислових впроваджень. Польща та європейська промисловість активно інвестують у цю галузь, зокрема через Європейську квантову ініціативу (EQI).
Усі ці технології покладаються на точні фотонні компоненти — джерела заплутаних фотонів, детектори SNSPD, фазові модулятори, фільтри WDM з роздільною здатністю в пм та волоконні мережі QKD. Проєктування кожного з цих елементів вимагає інструментів симуляції, що працюють на тому самому рівні точності, що й самі квантові явища.
OptiSystem підтримує моделювання протоколів QKD та аналіз безпеки квантових каналів. OptiFDTD та OptiOmega дозволяють проєктувати нанорезонатори та хвилевідні компоненти для квантових фотонних схем. Це галузь, де Польща може побудувати технологічну перевагу — і iSymulacje надає інструменти для цієї роботи.
Як наше програмне забезпечення підтримує проєктування?
| Продукт | Роль у цій сфері |
|---|---|
 | Симуляція каналів QKD (BB84, E91), аналіз QBER, квантові мережі з ретрансляторами |
 | Проєктування квантових PIC — нанорезонатори, з’єднувачі для заплутаних фотонів |
 | Симуляція фотонних нанопорожнин, резонаторів WGM, антен для одиночних фотонів |
 | Хвилеводи в квантових схемах — розгалужувачі, MZI для квантових вентилів |
Приклад застосування: симуляція лінії QKD за протоколом BB84 з аналізом QBER
Припущення безпеки
Метою проєкту була перевірка роботи волоконно-оптичного каналу квантового зв’язку за протоколом BB84 на відстані близько 50 км. Модель охопила джерело слабких оптичних імпульсів, канал передавання та систему детектування одиночних фотонів, дозволяючи оцінити якість і безпеку передавання квантового ключа.
Модель передавача та квантового каналу
Симуляція представляла джерело імпульсів з контрольованою середньою кількістю фотонів на імпульс, узгоджену з вимогами практичних систем QKD. Враховано затухання волокна, втрати в оптичних елементах, недосконалості поляризаційної модуляції та нестабільність синхронізації джерела, що впливають на точність передавання.
Аналіз коефіцієнта помилок квантового біта (QBER)
Проведено аналіз QBER (Quantum Bit Error Rate), визначаючи вплив шуму детектора, темнового рахунку, оптичних втрат і помилок вимірювального базису на якість отриманого квантового ключа. Результати дозволили оцінити, чи відповідають параметри каналу вимогам безпеки протоколу BB84.
Модель квантового приймача
Конфігурація приймача включала детектори SNSPD (надпровідний нанодротовий однофотонний детектор), разом з їхньою ефективністю детектування, часом відгуку, джитером синхронізації та рівнем шуму. Аналіз дозволив визначити вплив параметрів детектора на кінцеве значення QBER та ефективну швидкість генерації ключа.
Оптимізація параметрів лінії
На основі результатів симуляції оптимізовано параметри передавача, волоконного каналу та приймача, щоб утримувати QBER нижче необхідного рівня прийнятності для безпечного розподілу квантового ключа.
Перевірений проєкт
Комп’ютерна модель дозволила оцінити дальність, стабільність і якість передавання QKD перед проведенням дорогих польових випробувань. Симуляція знизила проєктний ризик і дозволила підготувати конфігурацію лінії до розгортання в реальній волоконній інфраструктурі.
Часті запитання
Квантові технології та QKD
Чи підтримує OptiSystem протоколи BB84, E91 і CV-QKD?
OptiSystem включає компоненти для моделювання систем квантового розподілу ключів, включно з джерелами фотонів, поляризаційними аналізаторами та детекторами. Моделювання повних криптографічних протоколів вимагає доповнення сценаріями Python або MATLAB — наш інженер може порадити з цього питання.
Чи підходить OptiFDTD для проєктування джерел заплутаних фотонів (SPDC)?
Так. OptiFDTD може моделювати процеси SPDC (спонтанне параметричне пониження частоти) у структурах з періодично поляризованим LiNbO₃ (PPLN) і нелінійних фотонних кристалах, розраховуючи ефективність конверсії та властивості отриманих фотонів.
Чи доступні академічні ліцензії для дослідницьких груп, що працюють над квантовими технологіями?
Так. Усі продукти Optiwave доступні в академічних версіях. Зв’яжіться з нами — ми допоможемо обрати ліцензії, відповідні вашому дослідницькому проєкту, і, де можливо, вкажемо на варіанти фінансування (гранти NCN, NAWA, європейські проєкти EQI).
Маєте специфічний виклик у цій сфері?
Наш інженер відповість протягом 1 робочого дня, порадить інструменти та варіанти ліцензування.
Надіслати запитання інженеруШукаєте програмне забезпечення OptiSystem?
Завантажте пробну версію на 14-30 днів, щоб випробувати OptiSystem з повною технічною підтримкою під час вашого поточного проєкту.
Завантажити пробну версію OptiSystem