KIP-Veröffentlichungen

Die Quanten-Schlüsselverteilung bietet eine robuste Lösung für die Sicherheitsprobleme, die durch aufkommende Quantencomputer für klassische kryptografische Systeme entstehen. Sie ermöglicht die Erzeugung sicherer und zufälliger kryptografischer Schlüssel und schützt so sowohl aktuelle als auch zukünftige Kommunikation. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Analyse einer Monte-Carlo-Simulation einer experimentellen Realisierung eines vollständig integrierten photonischen Systems, das das Drei-Zustand-BB84-Protokoll mit Zeitbin-Codierung sowie die One-Decoy-State-Methode verwendet. Durch die Einbeziehung hardwarespezifischer Parameter bildet die Simulation Laborbedingungen nach und erlaubt die gezielte Anpassung einzelner Simulationskomponenten. Dadurch kann sie verwendet werden, um Hardware-Einstellungen zu optimieren und eine möglichst hohe Secret-Key-Rate zu erzielen. Eine erste Analyse erfolgte durch Untersuchung des Einflusses der Dämpfung auf die Secret-Key-Rate. Unter den aktuellen Annahmen kann das System sichere Schlüsselübertragungen über Distanzen von bis zu 100 km gewährleisten. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Varianz der Wellenlängenstabilität bei Heizspannungs-Variationen unter 5,5 mV keinen signifikanten Einfluss auf die Secret-Key-Rate hat. Die analysierten Modulations-Auslöschungsverhältnisse (Extinction Ratios) von 16,7 dB und 20,7 dB zeigten keinen klaren Trend im Hinblick auf die Secret-Key-Rate.

Quantum Key Distribution (QKD) provides a robust solution to the security challenges posed by emerging quantum computers to traditional cryptographic systems. It enables the generation of secure and random cryptographic keys, safe-guarding both current and future communications. This thesis focuses on the development and analysis of a Monte Carlo simulation of an experimental realisation of a fully integrated photonic system employing the three-state BB84 QKD protocol. Time-bin encoding is employed, alongside the implementation of the one-decoy state method. By incorporating hardware-specific parameters, the simulation replicates laboratory settings and allows for the adjustment of different simulation components. Therefore, it can be utilized to optimize hardware settings to achieve a high secret key rate. A first analysis is done by testing the influence of the attenuation on the secret key rate. With the current assumptions, the system can safely transmit secret keys for transmission distances of up to 100 km. Additionally, the impact of the variance of the wavelength stability on the secret key rate was found to be insignificant below variances in the heater voltage of 5.5 mV. The peak-to-peak modulation extinction ratios of 16.7 dB and 20.7 dB were analyzed, showing no clear trend in the secret key rate performance.