پروتکل ترکیبی توزیع کلید کوانتومی مبتنی بر درهم تنیدگی، بهبود یافته با هوش مصنوعی: شبیه سازی و تحلیل عملکرد با استفاده از MATLAB

این مقاله به شبیه سازی و تحلیل یک پروتکل ترکیبی توزیع کلید کوانتومی (QKD) می پردازد که مبتنی بر درهم تنیدگی کوانتومی است و با استفاده از الگوریتم های هوش مصنوعی بهبود یافته است. پژوهش حاضر با بهره گیری از نرم افزار MATLAB انجام شده و هدف آن، افزایش امنیت، کارایی و پایداری سیستم های توزیع کلید در شرایط واقعی است. در روش پژوهش، یک پروتکل ترکیبی از E۹۱ و BB۸۴ پیاده سازی شد که از حالت های درهم تنیده کوانتومی برای توزیع کلید استفاده می کند. از الگوریتم های مختلف هوش مصنوعی شامل شبکه عصبی کانولوشنی (CNN) برای شناسایی و طبقه بندی نویز، درخت تصمیم برای پیش بینی نرخ خطای کوانتومی (QBER)، الگوریتم ژنتیک برای تنظیم خودکار پارامترهای سخت افزاری و یادگیری تقویتی برای تخصیص پویای توان نوری و بهینه سازی مصرف فوتون استفاده شد. حملات مختلفی مانند حملات فرد-در-میان و تزریق نویز شبیه سازی و اثر هوش مصنوعی در مقابله با آنها ارزیابی شد. یافته های کلیدی پژوهش نشان می دهد که استفاده از هوش مصنوعی منجر به بهبودهای قابل توجهی در عملکرد پروتکل شده است: نرخ تولید کلید امن (SKR) ۶۰٪ افزایش یافته، نرخ خطای کوانتومی (QBER) از ۱۵٪ به ۵٪ کاهش یافته، زمان تاخیر ۴۰٪ کمتر شده، مقاومت در برابر حملات ۳۰٪ افزایش یافته، فاصله عملیاتی ایمن ۴۰ کیلومتر بیشتر شده و مصرف فوتون ۱۸٪ بهینه تر شده است. این پژوهش به روشنی نشان می دهد که تلفیق هوش مصنوعی با پروتکل های کوانتومی نه تنها امکان پذیر است، بلکه می تواند به صورت چشمگیری امنیت، سرعت و پایداری سیستم های توزیع کلید کوانتومی را بهبود بخشد. شبیه سازی در MATLAB نیز به عنوان یک بستر قابل اعتماد برای آزمودن این ایده در شرایط کنترل شده عمل کرده و زمینه را برای توسعه و پیاده سازی عملی این سیستم ها در آینده فراهم می کند.

کلیدواژه ها:

پروتکل ترکیبی ، کلید کوانتومی ، هوش مصنوعی ، شبیه سازی ، متلب