本案例利用OptiSystem構建量子密鑰分發(fā)（QKD）協(xié)議的建模與仿真框架。該框架重點研究量子密鑰分發(fā)的實驗組件，通過模擬BB84協(xié)議在多種竊聽場景下的運行機制及抗噪聲密鑰分發(fā)過程，評估內置光子組件在實驗配置中的有效性。仿真結果為分析光子組件對QKD過程的影響提供了研究基礎。
首先，我們搭建一個如圖1所示的發(fā)射端部分。
圖1.發(fā)射端（Alice）系統(tǒng)布局
在上圖中，我們配置了連續(xù)波光源（CW激光器），并通過衰減值為0.1的光衰減器實現(xiàn)單光子量級輸出。系統(tǒng)設置了四種偏振片：水平、垂直、左對角和右對角偏振片。通過"Select"組件隨機選取四種偏振角度之一生成量子比特。
接下來，我們搭建如圖2所示的接收端部分。
圖2.接收端（Bob）部分系統(tǒng)布局
接收端同樣采用" Select "組件模擬隨機選擇線性基（水平/垂直）或對角基（左/右）的測量過程。
在本案例中，我們基于"攔截-重發(fā)"攻擊策略和"中間人"攻擊進行概括性建模。在我們的實驗場景中，Eve被設定為Alice和Bob之間的連接樞紐。她可以采取多種手段獲取密鑰，或者直接阻斷通信傳輸。圖3展示了Eve對BB84協(xié)議實施的不同安全攻擊方式。
圖3.攻擊端（Eve）系統(tǒng)布局
具體而言，Eve可以對傳輸中的量子比特進行攔截，并使用線偏振片、對角偏振片、移相器或光子旋轉器進行測量。她可以向Bob發(fā)送新的量子比特，也可以發(fā)送空量子比特或Alice的原始量子比特。我們使用"Select"組件來模擬Eve的隨機攻擊行為。
下面，我們考慮量子比特經自由空間光（FSO）傳輸后對眼圖的影響。圖4（a、b、c、d）依次為無Eve無FSO、有Eve無FSO、無Eve有FSO以及有Eve有FSO的BB84系統(tǒng)布局。
最后，我們比較圖4的a、b、c和d運行的眼圖結果，如圖5所示。
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