• 文献检索
  • 文档翻译
  • 深度研究
  • 学术资讯
  • Suppr Zotero 插件Zotero 插件
  • 邀请有礼
  • 套餐&价格
  • 历史记录
应用&插件
Suppr Zotero 插件Zotero 插件浏览器插件Mac 客户端Windows 客户端微信小程序
定价
高级版会员购买积分包购买API积分包
服务
文献检索文档翻译深度研究API 文档MCP 服务
关于我们
关于 Suppr公司介绍联系我们用户协议隐私条款
关注我们

Suppr 超能文献

核心技术专利:CN118964589B侵权必究
粤ICP备2023148730 号-1Suppr @ 2026

文献检索

告别复杂PubMed语法,用中文像聊天一样搜索,搜遍4000万医学文献。AI智能推荐,让科研检索更轻松。

立即免费搜索

文件翻译

保留排版,准确专业,支持PDF/Word/PPT等文件格式,支持 12+语言互译。

免费翻译文档

深度研究

AI帮你快速写综述,25分钟生成高质量综述,智能提取关键信息,辅助科研写作。

立即免费体验

面向时分量子密钥分发的多像素光子到数字转换器。

Towards a Multi-Pixel Photon-to-Digital Converter for Time-Bin Quantum Key Distribution.

机构信息

Département de Génie Électrique et de Génie Informatique, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, QC J1K 2R1, Canada.

Institute for Quantum Computing, Department of Physics & Astronomy, University of Waterloo, Waterloo, ON N2L 3G1, Canada.

出版信息

Sensors (Basel). 2023 Mar 23;23(7):3376. doi: 10.3390/s23073376.

DOI:10.3390/s23073376
PMID:37050435
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10097401/
Abstract

We present an integrated single-photon detection device custom designed for quantum key distribution (QKD) with time-bin encoded single photons. We implemented and demonstrated a prototype photon-to-digital converter (PDC) that integrates an 8 × 8 single-photon avalanche diode (SPAD) array with on-chip digital signal processing built in TSMC 65 nm CMOS. The prototype SPADs are used to validate the QKD functionalities with an array of time-to-digital converters (TDCs) to timestamp and process the photon detection events. The PDC uses window gating to reject noise counts and on-chip processing to sort the photon detections into respective time-bins. The PDC prototype achieved a 22.7 ps RMS timing resolution and demonstrated operation in a time-bin setup with 158 ps time-bins at an optical wavelength of 410 nm. This PDC can therefore be an important building block for a QKD receiver and enables compact and robust time-bin QKD systems with imaging detectors.

摘要

我们提出了一种集成的单光子探测器件,专为使用时分编码单光子的量子密钥分发(QKD)而定制。我们实现并演示了一种光子数字转换器(PDC)原型,该原型将 8×8 的单光子雪崩二极管(SPAD)阵列与内置在 TSMC 65nm CMOS 中的片上数字信号处理集成在一起。原型 SPAD 用于使用一系列时间数字转换器(TDC)来对时间戳和处理光子探测事件,以验证 QKD 功能。PDC 使用窗口门控来拒绝噪声计数,并使用片上处理将光子探测分类到各自的时间窗口中。PDC 原型实现了 22.7 ps RMS 定时分辨率,并在 410nm 光学波长下以 158ps 的时间窗口演示了操作。因此,该 PDC 可以成为 QKD 接收器的重要构建块,并实现具有成像探测器的紧凑且稳健的时分 QKD 系统。

相似文献

1
Towards a Multi-Pixel Photon-to-Digital Converter for Time-Bin Quantum Key Distribution.面向时分量子密钥分发的多像素光子到数字转换器。
Sensors (Basel). 2023 Mar 23;23(7):3376. doi: 10.3390/s23073376.
2
Area-Efficient Mixed-Signal Time-to-Digital Converter Integration for Time-Resolved Photon Counting.用于时间分辨光子计数的面积高效混合信号时间数字转换器集成
Sensors (Basel). 2024 Sep 4;24(17):5763. doi: 10.3390/s24175763.
3
Compensation of PVT Variations in ToF Imagers with In-Pixel TDC.采用像素内时间数字转换器(TDC)对飞行时间(ToF)成像仪中的光电倍增管(PVT)变化进行补偿。
Sensors (Basel). 2017 May 9;17(5):1072. doi: 10.3390/s17051072.
4
A CMOS SPAD Imager with Collision Detection and 128 Dynamically Reallocating TDCs for Single-Photon Counting and 3D Time-of-Flight Imaging.一种具有碰撞检测功能的 CMOS SPAD 成像器,以及 128 个可动态重新分配的 TDC,用于单光子计数和 3D 飞行时间成像。
Sensors (Basel). 2018 Nov 17;18(11):4016. doi: 10.3390/s18114016.
5
Architecture-Level Optimization on Digital Silicon Photomultipliers for Medical Imaging.数字硅光电倍增管在医学成像中的架构级优化
Sensors (Basel). 2021 Dec 24;22(1):122. doi: 10.3390/s22010122.
6
Custom single-photon avalanche diode with integrated front-end for parallel photon timing applications.用于并行光子计时应用的集成前端定制单光子雪崩二极管。
Rev Sci Instrum. 2012 Mar;83(3):033104. doi: 10.1063/1.3692737.
7
Multi-Channel Gating Chip in 0.18 µm High-Voltage CMOS for Quantum Applications.用于量子应用的0.18微米高压互补金属氧化物半导体(CMOS)中的多通道门控芯片
Sensors (Basel). 2023 Dec 6;23(24):9644. doi: 10.3390/s23249644.
8
An ultra low noise telecom wavelength free running single photon detector using negative feedback avalanche diode.一种采用负反馈雪崩二极管的超低噪声电信波长自由运行单光子探测器。
Rev Sci Instrum. 2012 Jul;83(7):073105. doi: 10.1063/1.4732813.
9
Characterization of a Time-Resolved Diffuse Optical Spectroscopy Prototype Using Low-Cost, Compact Single Photon Avalanche Detectors for Tissue Optics Applications.利用低成本、紧凑型单光子雪崩探测器对组织光学应用进行时间分辨漫反射光学光谱学原型的特性描述。
Sensors (Basel). 2018 Oct 29;18(11):3680. doi: 10.3390/s18113680.
10
Timing and probability of crosstalk in a dense CMOS SPAD array in pulsed TOF applications.脉冲飞行时间应用中密集互补金属氧化物半导体单光子雪崩二极管阵列串扰的时间与概率
Opt Express. 2018 Aug 6;26(16):20622-20632. doi: 10.1364/OE.26.020622.

本文引用的文献

1
Observing quantum coherence from photons scattered in free-space.观测自由空间中散射光子的量子相干性。
Light Sci Appl. 2021 Jun 7;10(1):121. doi: 10.1038/s41377-021-00565-y.
2
3D Photon-to-Digital Converter for Radiation Instrumentation: Motivation and Future Works.用于辐射仪器的3D光子到数字转换器:动机与未来工作
Sensors (Basel). 2021 Jan 16;21(2):598. doi: 10.3390/s21020598.
3
Genuine time-bin-encoded quantum key distribution over a turbulent depolarizing free-space channel.基于湍流退偏自由空间信道的真时间编码量子密钥分发
Opt Express. 2019 Dec 23;27(26):37214-37223. doi: 10.1364/OE.27.037214.
4
Satellite-to-ground quantum key distribution.卫星到地面的量子密钥分发。
Nature. 2017 Sep 7;549(7670):43-47. doi: 10.1038/nature23655. Epub 2017 Aug 9.
5
Avalanche photodiodes and quenching circuits for single-photon detection.用于单光子探测的雪崩光电二极管和猝灭电路。
Appl Opt. 1996 Apr 20;35(12):1956-76. doi: 10.1364/AO.35.001956.
6
Depolarization of a Laser Beam at 6328 A due to Atmospheric Transmission.由于大气传输导致的6328埃激光束的去极化
Appl Opt. 1969 Feb 1;8(2):367-9. doi: 10.1364/AO.8.000367.
7
Free-space information transfer using light beams carrying orbital angular momentum.利用携带轨道角动量的光束进行自由空间信息传输。
Opt Express. 2004 Nov 1;12(22):5448-56. doi: 10.1364/opex.12.005448.
8
Quantum key distribution with 1.25 Gbps clock synchronization.具有1.25 Gbps时钟同步的量子密钥分发。
Opt Express. 2004 May 3;12(9):2011-6. doi: 10.1364/opex.12.002011.