ارائه و شبیه‌سازی یک طرح کارآمد برای توزیع کلید کوانتومی محیطی در فیبر نوری به طول بالاتر از 150 کیلومتر

مسئله دستیابی به نرخ کلید امن بالاتر و مسافت توزیع کلید طولانی‌تر، همواره دغدغه اصلی محققین در زمینه توزیع کلید کوانتومی (qkd) بوده است. به دلیل اتلاف حالت‌های کوانتومی، انجام qkd در فیبر نوری با نرخ کلید امن از مرتبه  و در مسافت های بالاتر از  50 با چالش های فراوانی روبرو است. در این مقاله، طراحی و شبیه‌سازی یک سامانه qkd کارآمد با استفاده از قطعات تمام فیبری ارائه‌شده است که قابلیت qkd با نرخ مطلوب تا مسافت  170 را دارد. این طرح، امکان qkd در فیبر نوری تک‌مد به طول  100، با نرخ خطای بیت کوانتومی (qber) زیر 3%، نرخ کلید غربال‌شده  6 و نرخ کلید امن  4.6 را فراهم می‌کند. کلیه طراحی‌ها و شبیه‌سازی‌ها باملاحظه محدودیت‌های تجربی و با استفاده از پارامترهای فیزیکی هماهنگ با ادوات در دسترس انجام‌شده است، به‌گونه‌ای که در صورت پیاده‌سازی احتمالی سامانه، نتایج حاصل از این شبیه‌سازی‌‌ها به نتایج تجربی کاملاً نزدیک باشد. توسعه این طرح می‌تواند یک گزینه مناسب برای دستیابی به سامانه‌های qkd تجاری و صنعتی بومی باشد.

present and simulation of an efficient scheme for environmental quantum key distribution in optical fiber longer than 150 km

the problem of achieving a higher secure key rate and a larger key distribution distance has always been the main concern of researchers in the field of quantum key distribution (qkd). due to the loss of quantum states, there are many challenges in performing qkd in optical fiber with a secure key rate of the order of  and lengths higher than 50 . this paper presents the design and simulation of an efficient qkd system using all fiber components, which has the capability of qkd at a reasonable rate up to a distance of 170 . this design enables qkd in 100  long single mode optical fiber, with a quantum bit error rate (qber) below 3%, a sifted key rate of 6 , and a secure key rate of 4.6 . all the designs and simulations have been done considering the experimental limitations and using physical parameters in harmony with the available tools, so that in case of possible implementation of the system, the results of these simulations are quite close to the experimental data. the development of this scheme can be a suitable candidate for achieving native commercial and industrial qkd systems.