本案例利用OptiSystem構建量子金鑰分發（QKD）協議的建模與模擬框架。該框架重點研究量子金鑰分發的實驗元件，通過模擬BB84協議在多種竊聽場景下的運行機制及抗雜訊金鑰分發過程，評估內置光子元件在實驗配置中的有效性。模擬結果為分析光子元件對QKD過程的影響提供了研究基礎。
首先，我們搭建一個如圖1所示的發射端部分。
圖1 發射端（Alice）系統佈局
在上圖中，我們配置了連續波光源（CW雷射器），並通過衰減值為0.1的光衰減器實現單光子量級輸出。系統設置了四種偏振片：水準、垂直、左對角和右對角偏振片。通過"Select"元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）部分系統佈局
接收端同樣採用" Select "元件模擬隨機選擇線性基（水準/垂直）或對角基（左/右）的測量過程。
在本案例中，我們基於"攔截-重發"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。她可以採取多種手段獲取金鑰，或者直接阻斷通信傳輸。圖3展示了Eve對BB84協議實施的不同安全攻擊方式。
圖3 攻擊端（Eve）系統佈局
具體而言，Eve可以對傳輸中的量子比特進行攔截，並使用線偏振片、對角偏振片、移相器或光子旋轉器進行測量。她可以向Bob發送新的量子比特，也可以發送空量子比特或Alice的原始量子比特。我們使用"Select"元件來模擬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）傳輸後對眼圖的影響。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系統佈局。
a）無Eve無FSO系統佈局
b）有Eve無FSO系統佈局
c）無Eve有FSO系統佈局
d）有Eve有FSO系統佈局
圖4 是否考慮Eve和FSO的系統佈局
最後，我們比較圖4的a、b、c和d運行的眼圖結果，如圖5所示。
a) 無Eve無FSO眼圖
b) 有Eve無FSO眼圖
c) 無Eve有FSO結果
d) 有Eve有FSO眼圖
圖5 比較是否考慮Eve和FSO的眼圖結果
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