量子金鑰分發 (QKD) 是一種利用量子力學定律保護通訊的現代方法。這允許兩方創建共享密碼，即使有人正在秘密監視連接。 QKD 的優勢在於物理學本身：任何攔截量子訊號的嘗試都會破壞它們。這會導致可檢測到的錯誤。這將提醒用戶可能的竊聽。
由於這種內建感測功能，QKD 被認為是正在開發的最安全的通訊技術之一。
指向錯誤如何影響 QKD 效能？
影響QKD效能的重要因素之一是指向誤差。當發射器和接收器未完全對準時會發生這種情況。即使是最輕微的錯位也會破壞正在交換的量子訊號。發生這種情況的原因有很多。包括機械振動大氣中的湍流和/或定向系統中的缺陷
儘管指向誤差對系統可靠性起著重要作用，但在QKD光無線通訊（OWC）系統中尚未對其進行詳細研究。
光束失準的新分析框架。
為了更好地理解這個問題，研究人員將研究結果發表在 IEEE 量子電子雜誌 引入了詳細的分析模型來測量指向誤差如何影響 QKD OWC 系統的性能。
「透過將光束未對準的統計模型與量子光子檢測理論相結合，我們獲得了 QKD 系統關鍵性能指標的解析表達式，這揭示了故障定位在降低安全密鑰生成水平方面的確切作用，」土耳其 OSTIM 技術大學的 Yalçın Ata 教授解釋道。
該團隊專注於廣泛使用的 BB84 QKD 協議。更真實地模擬光束方向。他們使用瑞利和霍伊特分佈。這些統計工具比先前研究中使用的簡單方法更準確地顯示水平和垂直光束變化。這樣可以更清楚地了解隨機指向錯誤的行為。
測量錯誤率並建立安全金鑰
使用這些改進的統計模型，研究人員獲得了分析表達式來發現錯誤。並過濾指向錯誤下的機率。然後，他們在該領域首次計算了量子位元錯誤率（QBER），它反映了由系統雜訊、環境條件、硬體缺陷引起的損壞位元的百分比。或試圖竊聽 由於可以捕捉整個系統的可靠性，因此 QBER 是一個關鍵的效能指標。
然後，他們使用 QBER 來確定金鑰速率 (SKR)，該速率衡量產生安全共享金鑰的速度。此分析考慮了對稱光束方向和不對稱條件。其中水平和垂直偏差不同。
研究結果揭示了量子安全性的哪些面向？
結果表明，隨著光束腰部的增加，指向誤差也隨之增加，導致更高的 QBER 和更低的 SKR。隨著錯位變得更加明顯，效能會下降。擴大接收器孔徑可以改善結果。但只是不會超出限制。
有趣的是，非對稱光束對準在某些情況下已被證明是有益的。它提供比完美平衡誤差更好的性能。研究人員還確定，產生安全通訊所需的非零 SKR 需要增加傳輸的光子的平均數量。
「我們的研究結果基於瑞利和霍伊特的框架，與現有的一般模型一致。同時，它為不對稱性在識別錯誤中的作用提供了新的分析清晰度，」阿塔教授總結道。
