[pt] ELEMENTOS PARA COMUNICAÇÃO QUÂNTICA EXPERIMENTAL UTILIZANDO FOTODIODOS AVALANCHE

[en] ELEMENTS FOR QUANTUM COMMUNICATION BASED ON AVALANCHE PHOTODIODES

[pt] THIAGO FERREIRA DA SILVA

[pt] CARACTERIZACAO

[pt] MODELAGEM E SIMULACAO DE DETECTORES

[pt] FOTODIODO AVALANCHE

[pt] DETECTORES DE FOTONS UNICOS

[pt] COMUNICACAO QUANTICA

[pt] DISTRIBUICAO QUANTICA DE CHAVES

[en] CHARACTERIZATION

[en] MODELING AND SIMULATION OF SPADS

[en] AVALANCHE PHOTODIODE

[en] SINGLE PHOTON DETECTORS

[en] QUANTUM COMMUNICATIONS

[en] QUANTUM KEY DISTRIBUTION

[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.

GUILHERME PENELLO TEMPORAO

PATRICIA LUSTOZA DE SOUZA

GIANCARLO VILELA DE FARIA

GUILHERME PENELLO TEMPORAO

ROGERIO PASSY

JEAN PIERRE VON DER WEID

RUBENS VIANA

2021-11-12

2011-12-19

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=55861@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.55861