مروری بر سکوهای شبیه ساز سامانه های توزیع کلید کوانتومی

یکی از روش های مهم جهت دستیابی به ارتباط امن تضمین شده، به کارگیری توزیع کلید کوانتومی (QKD) است. درواقع، QKD به عنوان یک فناوری امنیتی میان رشته ای، از قوانین مکانیک کوانتوم جهت اشتراک گذاری کلید رمزنگاری یک بارمصرف استفاده می کند. از دیدگاه معماری، سامانه های QKD، سیستم های فیزیکی پیچیده و پرهزینه ای هستند که از قطعات سخت افزاری (شامل قطعات اپتیکی، لیزری، الکترواپتیکی، الکترونیکی و ..) و مولفه های نرم افزاری تشکیل شده اند. طراحی و تحلیل این سامانه ها نیاز به مهارت و تخصص در زمینه های مختلفی همچون اپتیک کوانتومی، نظریه اطلاعات، مهندسی برق (الکترونیک و مخابرات) و علوم کامپیوتر دارد. یکی از نیازهای اساسی مرتبط با اجرای چیدمان عملی یک سامانه QKD، استفاده از یک سکوی شبیه ساز است. به طور دقیق تر، انجام شبیه سازی قبل از چیدمان عملی، نقش مهمی در تحلیل و استخراج گلوگاه های مدل، حذف ریسک، افزایش سرعت و کاهش هزینه برپایی سامانه دارد. علاوه بر این، با به کارگیری شبیه سازی، امکان انتخاب زیرسامانه های بهینه نیز فراهم می گردد. در این مقاله، ملزومات و ملاحظات یک مدل ریاضی و یک سکوی شبیه ساز مناسب برای سامانه های QKD ارائه شده است. یک بررسی جامع بر روی انواع نرم افزارهای رایانه ای، زبان های برنامه نویسی، بسته ها و جعبه ابزارهای شبیه سازی سامانه های QKD صورت گرفته است. مهم ترین آزمایشگاه های مجازی و بازی های کوانتومی مناسب برای آموزش و طراحی سامانه های QKD بیان شده است. مزیت ها و محدودیت های هر آزمایشگاه بیان و با یکدیگر مقایسه شده است.

کلیدواژه ها:

رمزنگاری کوانتومی ، شبیه سازی توزیع کلید کوانتومی ، اپتیک کوانتومی ، آموزش مکانیک کوانتومی ، بازی کوانتومی