[pt] Detectores de fótons únicos baseados em fotodiodo avalanche (SPADs)
são elementos essenciais em aplicações que requerem alta sensibilidade, como
comunicações quânticas. É proposto um método para caracterização em
tempo real da eficiência de detecção e das probabilidades de contagem de
escuro e de pós-pulsos em SPADs através da análise da estatística de tempos
entre detecções consecutivas utilizando instrumentação simples com o
detector sob condições de operação. O método é então aplicado no monitoramento
dos detectores utilizados em um sistema de distribuição quântica
de chaves, motivado pela falha de segurança que imperfeições apresentadas
pela tecnologia atual de detecção podem acarretar. Em especial, os ataques
after-gate e time-shif são implementados e analisados. Uma simulação
através do método de Monte-Carlo de um detector de fótons únicos composto
por uma associação de diversos SPADs ativados serialmente e precedidos
por uma chave óptica ativa é apresentada, visando otimizar a performance
de detecção com tecnologia atual no tangente à frequência de
gatilho. É reportada ainda a interferência estável entre fótons provenientes
de fontes laser atenuadas totalmente independentes, cuja visibilidade é
monitorada ao longo do tempo para um enlace implementado sobre duas
bobinas de 8,5 km com controle ativo de polarização, passo importante para
a tecnologia de repetidores quânticos e para o protocolo para distribuição
quântica de chaves independente do aparato de medição. Um medidor de
estados de Bell é implementado, utilizando-se óptica linear, com a resposta
do sistema verificada para diferentes combinações dos estados preparados
em duas estações remotas conectadas à estação central de medição através
do canal estabilizado. / [en] DetecSingle-photon detectors based on avalanche photodiodes (SPADs) are key elements in ultra-sensitive applications, such as quantum communication. This thesis presents a method for real-time characterization of the overall detection efficiency, afterpulse and dark count probabilities, based on the analysis of the statistics of times between consecutive detections with simple instrumentation under operational condition. The method is employed for monitoring the SPADs on a quantum key distribution system, to prevent security failures due to side-channel attacks caused by current technology loopholes. The after-gate and time-shift attacks are implemented and analyzed. A Monte-Carlo simulation of a serially-activated association of SPADs, preceeded by an active optical switch, is performed for enhancement of the gating frequency performance with detectors based on current technology. The stable interference between photons from two independent faint laser sources is also reported, with visibility stability monitored over time after an optical link composed by two polarization-controlled 8.5-km fiber spools, a key features for quantum repeater and the measurement device independent quantum key distribution protocols. A Bell states analyzer is implemented with linear optics, and its response is verified for different combination of polarization states received from the remote stations through the stabilized channels.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:55861 |
| Date | 12 November 2021 |
| Creators | THIAGO FERREIRA DA SILVA |
| Contributors | GUILHERME PENELLO TEMPORAO, GUILHERME PENELLO TEMPORAO, GUILHERME PENELLO TEMPORAO, GUILHERME PENELLO TEMPORAO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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