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Title in Portuguese: Teoria e implementação de detectores de fótons isolados para comunicações quânticas em redes ópticas
Title: Theory and implementation of sigle-photon detectors for quantum communications in optical networks
Author: Thé, George André Pereira
Advisor(s): Ramos, Rubens Viana
Keywords: Teleinformática
Fótons
Issue Date: 13-Jun-2006
Citation: THÉ, G. A. P. Teoria e implementação de detectores de fótons isolados para comunicações quânticas em redes ópticas. 2006. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006.
Abstract in Portuguese: Tecnologia da Informação Quântica é uma área multidisciplinar nova que tem recebido muita atenção por ser promissora e devido a seu alto potencial em resolver problemas ainda não solucionados. Dentro desta grande área, as Comunicações Quânticas estão bastante desenvolvidas. Nesta sub-área, distribuição Quântica de Chaves é o campo mais avançado. Ela permite que duas partes, chamadas Alice e Bob, compartilhem uma chave criptográfica através de um canal seguro (segurança garantida por leis da mecânica quântica). A maior parte dos Sistemas de Distribuição Quântica de Chaves é executada em enlaces de fibras ópticas e, nestes sistemas, a mais importante parte é o Detector de Fótons Isolados. Detector de Fótons Isolados é um equipamento capaz de absorver um fóton e gerar um sinal TTL. Assim, em um Detector de Fótons Isolados ideal, cada fóton que chega deve disparar um pulso TTL na saída. Dado que a energia de um fóton isolado é muito baixa, um fotodiodo de avalanche é usado para realizar o processo absorção do fótongeração de portador, uma vez que este fotodiodo, se corretamente polarizado, pode disparar uma avalanche de portadores detectável. Após a avalanche ter se iniciado, ela deve ser extinta para evitar qualquer dano ao fotodiodo, o que é feito por um circuito de extinção de avalanche. O fotodiodo de avalanche é o elemento mais importante de um Detector de Fótons Isolados e sua caracterização requer muita atenção. Neste contexto, esta dissertação lida com aspectos teóricos e práticos de Detectores de Fótons Isolados para Comunicações Quânticas. Inicia com a teoria de fotodiodos de avalanche e circuitos de extinção (resultados numéricos de circuitos de extinção também são mostrados), e segue até a caracterização de um Detector de Fótons Isolados construído em laboratório e suas aplicações em metrologia de dispositivos ópticos, bem como em resolução de número de fótons.
Abstract: Quantum Information Technology is a new multi-disciplinary area which has received a lot of attention due to its promises and its high potential in solving problems still unsolved. In this big area, Quantum Communication is too much developed. In this subarea, Quantum Key Distribution is the most advanced field. It permits two parties, named Alice and Bob, sharing a cryptography key through a secure channel (guaranteed by laws of quantum mechanics). The most of Quantum Key Distribution Systems run over optical fiber links and, in these systems, the most important part is the Single-Photon Detector. Single-Photon Detector is an equipment able to absorb a photon and generate a TTL pulse. Thus, in an ideal Single-Photon Detector, each photon incoming must trigger a TTL pulse at the output. Since the energy level of a single-photon is too much low, an avalanche photodiode is used to perform the photon absorption-carrier generation process, once this photodiode if correctly biased can trigger a detectable avalanche of carriers. After the avalanche has been started, it must be quenched in order to avoid any damage to the photodiode, which is made by an avalanche quenching circuit. The avalanche photodiode is the most important element of a Single-Photon Detector and its characterization requires much attention. In this context, this dissertation deals with theoretical and practical aspects of Single-Photon Detectors for Quantum Communication. It starts from the theory of avalanche photodiodes and quenching circuits (numerical results of quenching circuits are also shown) and follows until the characterization of a home-made Single-Photon Detector and its applications in Metrology of optical devices and in Photon-Number Resolution as well.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/16128
metadata.dc.type: Dissertação
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