Ανάπτυξη Αλγορίθμου Αντιστάθμισης/Σταθεροποίησης της Πόλωσης για Εφαρμογή σε Πρωτόκολλα Κβαντικού Διαμοιρασμού Κλειδιού σε Οπτική Ίνα

Abstract

Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός αλγορίθμου αντιστάθμισης και σταθεροποίησης της πόλωσης, σχεδιασμένου για εφαρμογή σε πρωτόκολλα κβαντικού διαμοιρασμού κλειδιού (Quantum Key Distribution -QKD) μέσω οπτικών ινών. Ο στόχος της έρευνας είναι η αντιμετώπιση προκλήσεων που απορρέουν από περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως θερμοκρασία και μηχανικές τάσεις, που επιφέρουν στροφή στην πόλωση του φωτός. Για την σταθεροποίηση της πόλωσης αναπτύχθηκε αλγόριθμος σε προγραμματιστικό περιβάλλον Python. Ο αλγόριθμος βασίζεται σε δύο κύριες φάσεις, την Αρχικοποίηση (Initialization) και την Σταθεροποίηση (Stabilization), οι οποίες επιδιώκουν τη διατήρηση της σταθερότητας της πόλωσης ακόμα και σε δύσκολες συνθήκες. Στην πειραματική διαδικασία χρησιμοποιήθηκε εξοπλισμός υψηλής ακρίβειας, όπως Laser, μετρητής πόλωσης (Polarimeter), μετρητής ισχύος (Powermeter) και μηχανικοί ελεγκτές πόλωσης (ΜΕΠ), με τις δοκιμές να πραγματοποιούνται σε συνθήκες που προσομοιάζουν πραγματικές εφαρμογές. Ο σχεδιασμός της πειραματικής διάταξης περιλάμβανε την ενσωμάτωση πολωτικών διαχωριστών και αναλυτών, που επέτρεψαν τη μελέτη της πόλωσης σε διαφορετικά στάδια και τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του αλγορίθμου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο αλγόριθμος είναι σε θέση να αντισταθμίζει αποτελεσματικά τις διαταραχές, διασφαλίζοντας σταθερότητα της πόλωσης, η οποία είναι κρίσιμη για την αξιόπιστη λειτουργία των πρωτοκόλλων QKD. H παρούσα εργασία επιβεβαιώνει τη δυνατότητα του αλγορίθμου να αντιμετωπίζει τις προκλήσεις των διαταραχών πόλωσης, ενισχύοντας την αξιοπιστία και την ασφάλεια των επικοινωνιών QKD πρωτοκόλλων που χρησιμοποιούν την πόλωση ως κωδικοποίηση. Επίσης εμπεριέχει πρακτικές εφαρμογές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πραγματικά συστήματα. Η χρήση κβαντικής τεχνολογίας και η ανάπτυξη τεχνικών σταθεροποίησης της πόλωσης ανοίγουν νέους δρόμους για την προστασία των δεδομένων σε περιβάλλοντα που απαιτούν απόλυτη ασφάλεια, όπως οι χρηματοπιστωτικές συναλλαγές, οι στρατιωτικές επικοινωνίες και τα κυβερνητικά δίκτυα. Παράλληλα, οι τεχνικές αυτές μπορούν να συμβάλουν στη βελτίωση της κβαντικών επικοινωνιών, υποστηρίζοντας την ανάπτυξη συστημάτων υψηλής ακρίβειας και ανθεκτικότητας. Τέλος ενσωματώνει προτάσεις για τη μελλοντική έρευνα, όπως η επέκταση των πειραμάτων σε πιο σύνθετες περιβαλλοντικές συνθήκες, η διερεύνηση της χρήσης νέων υλικών και τεχνολογιών, και η ανάπτυξη προηγμένων αλγορίθμων που μπορούν να λειτουργούν αυτόνομα. Οι προοπτικές περιλαμβάνουν την ενσωμάτωση του αλγορίθμου σε δίκτυα QKD μεγάλης κλίμακας, την αυτοματοποίηση των διαδικασιών με χρήση τεχνητής νοημοσύνης και τη δημιουργία ευέλικτων συστημάτων που μπορούν να ανταποκρίνονται σε δυναμικές συνθήκες.