Efficient photon number detection with silicon avalanche photodiodes
我们展示了一个有效的光子数探测器，用于可见光波长使用硅雪崩光电二极管。在亚纳秒选通下，该设备能够在入射光脉冲中分辨多达四个光子。在600 nm处的检测效率测量为73.8%，对应于91.1%的吸收光子的雪崩概率，每个门的暗计数概率低于1.1x10^{-6}。由于这种性能和接近室温的操作，快速门控硅雪崩光电二极管是需要单次光子数检测的光学量子信息处理的理想选择。
2010-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det quant-ph
Ultrashort dead time of photon-counting InGaAs avalanche photodiodes
我们报道了一个1.036 GHz的门控盖革模式InGaAs雪崩光电二极管的检测死区时间仅为1.93 ns。这是证明了检测事件后两个门周期的检测效率的完全恢复，以及测量的最大检测速率为497 MHz。作为应用，我们用一个探测器测量了半导体激光器发射的二阶关联函数$g^{(2)}$，由于探测器的死时间极短，所以可以高速可靠地工作。该器件是高比特率光纤波长量子密钥分发和光子量子计算的理想器件。
2009-06-09 physics.ins-det quant-ph
Characterization of A Novel Avalanche Photodiode for Single Photon Detection in VIS-NIR Range
在这项工作中，我们调查的新的单光子雪崩光电二极管（SPAD）SAP 500的激光组件制造的盖革模式的操作。该SPAD在400- 1000 nm范围内敏感，并具有传统的穿透结构，确保在光谱的长端具有良好的量子效率。通过使用被动和主动淬火计划，我们调查的检测效率，定时抖动，暗计数，afterpulsing，增益和其他重要参数，并比较他们的“标准”低噪声SPAD C30902 SH从珀金埃尔默。我们的结论是，SAP 500提供了更好的检测效率，低噪声和定时精度的组合。
2010-07-31 physics.ins-det quant-ph
Laser annealing heals radiation damage in avalanche photodiodes
雪崩光电二极管（APD）是需要单光子探测的天基量子通信的实用选择。然而，对APD的辐射损伤显著增加了其暗计数率，并减少了其在轨道上的有用寿命。我们发现，高功率激光退火照射APD的三种不同的型号（Excelitas C30902SH，Excelitas SLiK，和激光组件SAP500S2）愈合的辐射损伤，并大大恢复低暗计数率。在九个样品中，当在零下80摄氏度下操作时，最大暗计数率降低因子在5.3和758之间变化。达到这些降低因子的照明功率范围为0.8至1.6 W。其他光子探测特性，如光子探测效率，定时抖动，和afterpulsing概率，保持大部分不受影响。这些结果预示着一种很有前途的方法，以延长配备APD的量子卫星的寿命。
2017-01-31 physics.ins-det quant-ph
Comment on "Resilience of gated avalanche photodiodes against bright illumination attacks in quantum cryptography"
这是对Yuan等人的出版物的评论[Appl. Phys. Lett. 98，231104（2011）; arXiv：1106.2675v1 [quant-ph]]。
2011-06-19 quant-ph
Experimental multi-photon-resolving detector using a single avalanche photodiode
利用单个雪崩光电二极管和光纤环形延迟线构成了一个多通道探测器。可以使用可变比率耦合器来设置通道的检测概率。探测器的性能表现在其区分多光子态（包含两个或更多个光子）与单光子态和真空态的能力上。
2003-02-20 quant-ph
An avalanche-photodiode-based photon-number-resolving detector
雪崩光电二极管被广泛用作单光子的实用探测器。1尽管传统器件对一个或多个光子作出响应，但它们无法分辨入射脉冲或短时间间隔内的数量。然而，迫切需要这种光子数分辨探测器用于量子计算、2 -4通信5和干涉测量6中的应用，以及用于一般地扩展量子探测的适用性。在这里，我们表明，与目前的信念，3，4雪崩光电二极管能够检测光子数，使用的技术来测量非常弱的雪崩在其发展的早期阶段。在这样的条件下，来自雪崩光电二极管的输出信号与入射脉冲中的光子数成比例。作为一个紧凑的，大规模制造的设备，没有制冷剂和电信波长的工作，它提供了一个实用的解决方案，光子数检测。
2008-07-02 cond-mat.other physics.ins-det physics.optics
Systematic afterpulsing-estimation algorithms for gated avalanche photodiodes
我们提出了一种方法，旨在有效地提取光信号的InGaAs雪崩光电二极管（APD）的选通模式下工作。特别是，我们的方法允许估计的计数，这实际上是从被测量的信号，而不是由噪声机制，特别是由afterpulsing产生的分数。我们的方法在原则上允许使用InGaAs APD在高检测效率，与完整的操作带宽，无论是有或没有诉诸于应用程序的死区时间。正如我们下面所示，我们的方法可以用于配置后脉冲超过真正的信号的数量级，甚至接近饱和。我们已经开发的算法是适合于被使用的原始检测概率的实时处理或在后处理应用程序中，校准步骤已经执行后。我们在这里提出的算法可以补充设计用于减少后脉冲的技术。
2016-08-24 physics.ins-det quant-ph
Ultra-narrowband interference circuits enable low-noise and high-rate photon counting for InGaAs/InP avalanche photodiodes
InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管（APD）中的后脉冲噪声是由载流子俘获引起的，通过亚纳秒选通限制雪崩电荷可以有效地抑制后脉冲噪声。微弱雪崩的检测需要一种能够有效地消除门诱导电容响应，同时保持光子信号完整的电子电路。在这里，我们展示了一种新型的超窄带干扰电路（UNIC），可以拒绝电容响应高达80分贝每级几乎没有失真的雪崩信号。在读出电路中级联两个UNIC，我们能够实现高达700 MC/s的高计数率和0.5%的低后脉冲，1.25 GHz正弦门控InGaAs/InP APD的检测效率为25.3%。在-30 ° C下，我们以21.2%的检测效率测量到1%的后脉冲。
2023-02-14 physics.ins-det physics.optics quant-ph
A graphical presentation of signal delays in the datasets of Weihs et al
在来自Weihs等人的实验的数据集中雪崩光电二极管事件的时序的图形表示。[Phys. Rev. Lett. 81，5039（1998）]表明了两种类型的信号延迟的存在：（1）对于一对横向电光调制器的输入的快速切换的引入导致对于一部分重合的雪崩光电二极管事件的大约20纳秒的延迟;这种效应先前已经被注意到，但是如这里所考虑的数据提出了不同的原因。(2)存在依赖于事件发生在哪个雪崩光电二极管中的延迟;这种效应之前也已经注意到，即使只有当雪崩光电二极管事件之间的相对时间差接近时间戳的所述0.5纳秒精度时才非常明显（但由于75皮秒分辨率，它是可识别的）。第二个效应的原因是四个雪崩光电二极管的信号延迟之间的差异，可以通过简单的局部调整进行校正（对Bell-CHSH不等式的违反程度几乎没有影响）。
2012-07-24 physics.ins-det quant-ph
Experimental Determination of the Gain Distribution of an Avalanche Photodiode at Low Gains
介绍了一种用于测量雪崩光电二极管（APD）低增益范围内增益分布的测量系统。该系统基于超低噪声电荷灵敏放大器，检测APD的输出载波。在200 Hz采样率下，电荷灵敏放大器的噪声低至4.2个电子。给出了一种低平均增益的商用硅APD的增益分布，证明了麦金太尔理论在低增益范围内的正确性。
2008-12-04 quant-ph
Probing higher order correlations of the photon field with photon number resolving avalanche photodiodes
我们演示了使用两个高速雪崩光电二极管在探索高阶光子相关。通过采用光电二极管的光子数分辨能力，可以测量对高阶光子符合的响应。作为一个例子，我们实验表明，三种类型的光子源具有不同的光子统计高阶相关的敏感性。这种高阶相关技术可以作为一种低成本和紧凑的工具，用于量化量子信息科学中使用的光子源的相关程度。
2011-07-15 quant-ph
Free-running InGaAs/InP Avalanche Photodiode with Active Quenching for Single Photon Counting at Telecom Wavelengths
我们提出了一个InGaAs/InP雪崩光电二极管与ASIC（专用集成电路），是能够在门控和自由运行模式下工作的有源猝灭电路。1.6mm2 ASIC芯片采用CMOS（互补金属氧化物半导体）技术制造，保证长期稳定性，可靠性和紧凑性。在自由运行模式下，我们发现单光子探测效率为10%，噪声<2kHz。
2008-01-25 quant-ph
Photon-number-resolving segmented detectors based on single-photon avalanche-photodiodes
我们调查的可行性和性能的光子数分辨光电探测采用单光子雪崩光电二极管（SPAD）与低暗计数。虽然将$n$光子分裂成每个模式不超过一个光子的$m$检测模式的主要思想并不新颖，但我们在这里研究这种情况的一个重要变体，其中SPAD侧耦合到同一波导而不是终端耦合到传播树。这防止了非理想SPAD量子效率导致光子损失。我们提出了一个具体的SPAD分段波导探测器的垂直定向耦合器设计的基础上，并通过评估的SPAD数$m$，光子损失，和暗计数的正算子值测量（POVM）的纯度来表征其性能。
2020-01-17 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Gigahertz quantum key distribution with InGaAs avalanche photodiodes
本文报道了一种利用InGaAs雪崩光电二极管（APD）在自差分模式下实现GHz时钟频率下的量子密钥分发（QKD）的实验。这样的操作模式允许检测极弱的雪崩，使得检测器后脉冲噪声被充分抑制。该系统的特点是一个安全的比特率为2.37 Mbps在5.6公里和27.9 kbps在65.5公里时，光纤色散不补偿。在对光纤色散进行补偿后，量子密钥分发距离扩展到101 km，安全密钥速率为2.88 kbps。我们的研究结果表明，InGaAs APD非常适合GHz QKD应用。
2008-05-22 quant-ph
A novel active quenching circuit for single photon detection with Geiger mode avalanche photodiodes
在本文中，我们提出了一种新的结构的主动猝灭电路用于单光子探测。为了评估的目的，我们已经结合了标准的雪崩光电二极管C30902 S的电路，形成一个单光子探测器。一系列测量结果表明，该单光子探测器的死时间小于40 ns，最大随机计数频率大于14 MHz，后脉冲低，探测效率大于20%，噪声性能良好。这种简单而坚固的有源猝灭电路可以由现成的电子元件构建，不需要复杂的调整。
2008-05-18 quant-ph
Practical fast gate rate InGaAs/InP single-photon avalanche photodiodes
提出了一种基于InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管（SPADs），结合正弦选通和自差分技术的高速近红外单光子探测方法。在921 MHz的选通频率和-30 ℃的温度下，我们实现了：探测效率为9.3%，暗计数概率为2.8 $\times10^{-6}$ ns $^{-1}$，而后脉冲概率为1.6 $\times10^{-4}$ ns $^{-1}$，具有10 ns的“计数关闭时间”设置。原则上，SPAD的最大计数率可以接近100 MHz，这可以显著提高各种应用的性能。
2009-08-16 quant-ph
Ultrahigh-sensitivity high-linearity photodetection system using a low-gain avalanche photodiode with an ultralow-noise readout circuit
研制了一种高灵敏度的光电探测系统，其探测极限为1 photon/s。该系统使用了一个市售的200毫米直径的硅雪崩光电二极管（APD）和一个内部开发的超低噪声读出电路，这两个都是冷却到77 K。当APD工作在约10的低增益时，它对入射光子数具有高线性响应，并且具有低的过量噪声因子。APD还具有高的量子效率和在77 K下小于1 e/s的暗电流。这种光电探测系统将缩短测量时间，并使近场扫描光学显微镜具有更高的空间和波长分辨率。
2005-03-04 quant-ph
Correcting for accidental correlations in saturated avalanche photodiodes
在本文中，我们提出了一个通用的方法来估计一对单光子探测器在其饱和状态下运行的偶然符合率。通过将检测器和检测电路的恢复时间的影响折叠成“有效占空比”，我们能够在高事件率下适应复杂的恢复行为。作为一个例子，我们提供了一个详细的高层次模型的被动淬火雪崩光电二极管的行为，并证明有效的背景扣除率通常与检测器饱和。我们表明，通过使用更新的模型进行后处理，我们观察到偏振相关可见性在我们的实验数据集中从88.7%提高到96.9%。在依赖于符合测量的应用中，特别是在通量的快速变化可能导致检测器饱和的情况下，这种技术将有助于提高信噪比。
2016-02-12 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Best-practice criteria for practical security of self-differencing avalanche photodiode detectors in quantum key distribution
快速门控雪崩光电二极管（APD）是高比特率量子密钥分发（QKD）中最常用的单光子探测器。它们对外部攻击的鲁棒性对于QKD系统甚至整个QKD网络的整体安全性至关重要。在这里，我们研究了千兆赫兹门控的自差分InGaAs APD在强照明下的行为，这是Eve经常用来控制探测器的一种策略。我们的实验和建模表明，光电流的负反馈通过降低雪崩概率和/或加强电容响应来保护检测器不被致盲。基于这一发现，我们提出了一套设计和操作快速门控APD探测器的最佳实践标准，以确保其在QKD中的实际安全性。
2017-12-18 quant-ph
Robust quantum random number generator based on avalanche photodiodes
我们提出并论证了一个在室温下实现高效真量子随机数发生器的方案。利用一种有效的提取器和简单的时间仓编码方法，将雪崩光电二极管（APD）的雪崩脉冲转换成高质量的随机数（RNs），这些随机数对脉冲强度和温度波动等慢变噪声具有鲁棒性。光源是兼容的，但在该方案中不是必需的。从而有效地提高了系统的鲁棒性。该原理验证系统的随机比特产生速率为0.69 Mbps，双APD和0.34 Mbps，单APD。结果表明，基于该方案的高速RNG芯片具有可集成APD阵列的潜力。
2015-06-18 quant-ph
Strong pulse illumination hacks self-differencing avalanche photodiode detectors in a high-speed quantum key distribution system
实现高速量子密钥分发是量子密钥分发领域的研究热点之一，它为应用提供了高的密钥生成速率。为了实现高速QKD，定制的技术被开发并用于快速生成和检测量子态。然而，这些技术可能会引入独特的漏洞，危及QKD系统的安全性。本文研究了量子密钥分发系统中用于高速探测的自差分雪崩光电二极管（APD）探测器存在的漏洞，并对SD APD探测器在强脉冲光照下的性能进行了实验测试。这种攻击具有盲稳定性，并有助于窃听者在不引入额外QBER的情况下学习密钥。基于此测试，我们提出了一套标准，保护SD APD探测器免受强脉冲照明攻击。
2022-05-09 quant-ph
Breakdown flash at telecom wavelengths in InGaAs avalanche photodiodes
由于现有的光纤基础设施和成熟的电信技术，电信波长（1260- 1625 nm）上的量子密钥分发（QKD）具有快速部署的潜力。在这些波长下，基于砷化铟镓（InGaAs）雪崩光电二极管（APD）的探测器是光子探测的首选。类似于在较短波长下使用的硅对应物，它们表现出来自雪崩击穿过程中产生的电子-空穴对的复合的荧光。这种荧光可能会打开攻击QKD系统的侧通道。在这里，我们表征了两个商业InGaAs单光子计数模块的击穿荧光，并找到了1000 nm和1600 nm之间的光谱分布。我们还表明，通过频谱滤波，这种侧通道可以有效地抑制。
2017-08-29 physics.app-ph quant-ph
A Noise Model for Multilayer Graded-Bandgap Avalanche Photodiodes
多层渐变带隙雪崩光电二极管（APD）是未来的确定性光电倍增管，由于其确定性放大与两倍的阶梯状制度时，通过碰撞电离的增益。然而，逐步碰撞电离的不规则性恶化的步骤的数目增加。这些碰撞电离的不规则性是这些APD中噪声的主要来源。如果仔细研究和设计，这些固态器件可以取代传统的硅光电倍增器。一个多阶梯APD的噪声模型，考虑等逐步电离概率先前报道。然而，我们推导出一个广义的多层渐变带隙APD的噪声模型，适用于所有的操作偏置，其中包括亚阈值，阶梯，和隧道击穿制度。此外，以前的噪声模型的总过量噪声因子的表达式在电离概率的多阶梯APD遵循Friis的总噪声因子。然而，我们证明，我们推导出的表达式匹配Bangera的校正弗里斯的总噪声因子。
2022-09-14 eess.SP physics.app-ph physics.ins-det
Backflashes in fast-gated avalanche photodiodes in quantum key distribution
InGaAs单光子雪崩光电二极管（APD）是实现高比特率量子密钥分发的关键。然而，这种探测器与理想模型的偏差可能会为窃听者Eve打开侧信道。逆闪现象，即APD在探测到光子后重新发射光子，使Eve有机会被动地学习探测到的光子携带的信息，而无需主动与合法的接收器Bob进行交互。虽然这已经在慢门控探测器中观察到，但尚未在快门控APD中进行研究，在快门控APD中已经假定这种效应会减弱。在这里，我们执行的第一个实验，以验证的安全威胁，在GHz门控的自差分APD的信息泄漏的度量提供的逆闪。我们发现，事实上，信息泄漏是低于慢门控检测器的报告，我们表明，其对安全的密钥速率的影响是可以忽略不计的。我们还涉及到的APD暗电流的反闪事件的速率，从而表明它们的起源是在APD的InP倍增区。
2020-06-09 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Comparing a radiation damage model for avalanche photodiodes through in-situ observation of CubeSat based devices
本文提出一个考虑辐射屏蔽差异的模型，用于预测天基硅盖革模式雪崩光电二极管的暗计数率趋势，并通过SpooQy-1立方体卫星的在轨观测验证了模型预测的相关性。
2025-03-12 physics.space-ph quant-ph
Repeated radiation damage and thermal annealing of avalanche photodiodes
雪崩光电二极管（APD）非常适合量子通信卫星上的单光子探测，因为它们是一种成熟的技术，具有高探测效率，无需低温冷却。然而，由于在轨辐射损害，它们的热噪声容易显著增加。以前的工作表明，一次性应用的热退火减少辐射损伤引起的APD的热噪声。在这里，我们研究的影响，周期性质子照射和热退火。我们使用加速测试环境，模拟低地球轨道卫星的真实两年运行概况。我们表明，重复的热退火是有效的硅APD的热噪声保持在一个范围内适合量子密钥分发在整个标称任务寿命，并超越。我们研究两种策略-退火在一个固定的时间段，退火时，热噪声超过预定义的限制。我们发现这两种策略在寿命结束时表现出类似的热噪声，有条件退火的总体优势略有增加。我们还观察到，探测器的后脉冲概率增加与累积质子辐照。这些知识有助于指导未来星载量子通信应用的设计和任务决策。
2021-05-20 astro-ph.IM physics.ins-det quant-ph
Comprehensive Characterization of InGaAs/InP Avalanche Photodiodes at 1550 nm with an Active Quenching ASIC
我们提出了一个主动淬火专用集成电路（ASIC），用于与InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD），1550 nm的单光子探测。为了评估其性能，我们首先将其操作与标准淬火电子设备进行比较。然后，我们使用ASIC测试4个InGaAs/InP APD，在自由运行和门控模式下工作，以研究更一般的行为。我们不仅研究了不同工作条件下的标准参数，而且还研究了电荷持续时间和猝灭时间等参数。我们也使用多重捕获模型来解释门控模式中的后脉冲行为，并进一步提出一个模型来考虑自由运行模式中的后脉冲效应。我们的研究结果清楚地表明，具有片上猝灭电路的APD的性能明显优于传统的猝灭电子器件，并使其适合于实际应用，例如，量子密码学
2008-12-15 quant-ph
NEGF Modeling of Impact Ionization in Semiconductor Avalanche Photodiodes for Quantum Networking
Baylor University（贝勒大学）
本文提出基于非平衡格林函数方法的量子输运模拟框架，用于建模半导体雪崩器件中的冲击电离，揭示其在量子网络中的微观机制及对器件性能的影响。
2026-05-02 quant-ph
The breakdown flash of Silicon Avalance Photodiodes - backdoor for eavesdropper attacks?
硅雪崩光电二极管是可见光到近红外区域中最灵敏的光电探测器。然而，当它们用于盖革模式中的单光子检测时，已知它们在用于检测光电子的受控击穿时发光。这种荧光可能会对量子密码学或单粒子光谱学等实验应用产生严重影响。我们的特点是硅雪崩光电二极管在实验上简单的被动淬火配置的荧光行为，并讨论其在量子密码系统中使用的影响。
2001-04-20 quant-ph
A Matrix Quantum Kinetic Treatment of Impact Ionization in Avalanche Photodiodes
本文提出一种超越玻恩近似的矩阵量子动理学理论，通过多格林函数乘积严格处理碰撞电离，并在反向偏置p-i-n模型半导体中验证了载流子倍增与能量动量守恒的一致性，为雪崩光电二极管的“第一性原理”预测奠定基础。
2025-08-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Fidelity Ion State Detection Using Trap-Integrated Avalanche Photodiodes
集成技术极大地增强了基于捕获离子的实用量子信息处理和传感设备的前景。高速和高保真度的离子状态读出对于任何这样的应用都是至关重要的。集成的检测器提供了显着的优势，系统的便携性，也可以大大方便并行操作，如果一个单独的检测器可以在每个离子捕获位置。在这里，我们展示了离子量子态检测在室温下利用单光子雪崩二极管（SPAD）直接集成到硅离子捕获芯片的衬底。我们通过SPAD的荧光收集来检测被捕获的$^{88}\text{Sr}^{+}$离子的状态，在450 $μ$ s内实现了$99.92(1)\%$平均保真度，为集成状态检测应用于量子计算和利用被捕获离子阵列的传感打开了大门。
2022-02-03 physics.atom-ph quant-ph
Dark Current and Single Photon Detection by 1550nm Avalanche Photodiodes: Dead Time Corrected Probability Distributions and Entropy Rates
单光子探测器的暗计数率强烈依赖于探测器操作的偏置水平。在弱光源的情况下，例如新型激光器或单光子发射器，由于光源的计数率可以与检测器暗计数的计数率相当。在这种情况下，表征的统计特性的暗计数是必要的。通常假设暗计数遵循统计独立于入射光子计数的泊松过程。这种假设必须验证特定类型的光电探测器。在这项工作中，我们专注于1550 nm的单光子雪崩光电二极管（SPAD）。对于所使用的InGaAs探测器，我们发现，由于存在死区时间和后脉冲的差异增加的偏压水平，测量的分布往往显着不同于泊松。当增加死区时间以消除后脉冲的影响时，有必要针对死区时间的影响来校正测量的分布。为此，我们应用迭代算法，以消除死区时间的影响，从概率分布的暗计数，以及从外部弱激光源（已知为泊松）的光的情况下，检测到一起的暗计数。我们相信这是第一个实例的全面应用，该算法的实际数据，并发现校正后的概率分布是泊松分布在这两种情况下。我们还使用Grassberger-Procaccia算法来估计暗计数过程的熵产生率，该算法提供了表征暗计数之间的时间相关性以及分布形状的单一度量。因此，我们已经开发了一个系统的程序，以1550 nm SPAD的数据，并获得准确的光计数统计，以检查新的光源。
2022-10-04 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Evolution of locally excited avalanches in semiconductors
我们发现，半导体雪崩光电二极管可以表现出微小的放大噪声在早期演化的雪崩。噪声是如此之低，以至于可以分辨出引发每次雪崩的局部激发电荷的数量。这些发现构成了实现固态无噪声放大器的重要的第一步。此外，我们相信，所使用的实验装置，\textit{i.e.}，时间分辨局部激发雪崩，将成为一个有用的工具，优化的数量分辨率。
2010-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det quant-ph
Direct measurement of darkness using a standard single-photon avalanche photodiode
本研究在暗室中仅用标准单光子探测器和机械快门直接测量黑暗，通过616小时数据的贝叶斯分析，基于Savage-Dickey比率证实绝对黑暗，光水平低于0.039计数/秒。
2025-03-28 physics.data-an physics.optics quant-ph
Avoiding the Detector Blinding Attack on Quantum Cryptography
我们表明Lydersen等人[1]的探测器致盲攻击对大多数单光子雪崩光电二极管（APD）无效，并且对任何正确操作的探测器肯定无效。只有在APD串联了一个冗余电阻，或者探测器鉴别电平设置不当的情况下，攻击才会成功。
2010-09-30 quant-ph
Laser damage helps the eavesdropper in quantum cryptography
我们提出了一类攻击量子密钥分发（QKD）系统，窃听者积极工程师新的漏洞，通过使用破坏性的激光照射永久改变系统组件的属性。这可能会将一个完美的QKD系统变成一个完全不安全的系统。在雪崩光电二极管探测器上进行的原理验证实验表明，激光损伤可以用来制造漏洞。在大约1 W的照明后，探测器的暗计数率降低了2到5倍，永久地提高了单光子计数性能。在大约1.5 W之后，探测器永久地切换到线性光电探测模式，并且对于QKD应用变得完全不安全。
2014-02-21 physics.ins-det quant-ph
Advances in InGaAs/InP single-photon detector systems for quantum communication
单光子探测器（SPD）是最灵敏的光探测仪器。在近红外范围内，基于III-V族化合物半导体雪崩光电二极管的SPD由于其体积小、成本低和易于操作等实用性优势，在过去二十年中被广泛用于各种应用。在过去的十年里，量子信息科学的快速发展和不断增长的需求已经成为提高单光子雪崩二极管器件性能和发明新的雪崩猝灭技术的关键驱动力。本文介绍了InGaAs/InP单光子探测器系统在电信波长和相关量子通信应用中的技术进展，特别是最近出现的一些技术，如GHz频率的高频选通和使用负反馈雪崩二极管的自由运行。展望了器件和淬火技术的发展前景。
2015-05-09 physics.ins-det quant-ph
A minimalist self-differencing gating scheme for dead-time-free single-photon avalanche diodes at high repetition rate
提出一种基于自差分技术的简化正弦波门控SPAD方案，实现100 MHz高重复率下无死时间运行，具有实现简单、偏置控制精确和信噪比高的优点。
2025-09-26 physics.ins-det quant-ph
Superlinear threshold detectors in quantum cryptography
我们引入了超线性阈值探测器的概念，这种探测器如果同时接收多个光子而不是在不同的时间接收它们，则有更高的概率检测到多个光子。量子密钥分发系统中的高度超线性门限检测器允许窃听完整的秘密密钥而不被泄露。在这里，我们推广了检测器控制攻击，并分析了它对具有适度超线性检测器的量子密钥分发系统的性能。我们量化的超线性超导单光子探测器的基础上早期公布的数据，门控雪崩光电二极管探测器基于我们自己的测量。分析表明，使用任何类型的检测器的量子密钥分发系统都容易受到窃听。雪崩光电二极管探测器在接近门的末端时变得超线性，允许使用每脉冲包含少于120个光子的触发脉冲进行窃听。这样的攻击几乎不可能用接收器入口处的光功率计捕捉到。
2011-08-17 quant-ph
Hacking the quantum key distribution system by exploiting the avalanche transition region of single photon detectors
基于雪崩光电二极管的单光子探测器是量子密钥分发（QKD）系统中的关键和实用器件。为了有效地检测，这些SPD中的大多数以门控模式操作，在门控模式中，添加门以获得高雪崩增益，并且去除门以抑制雪崩。雪崩过渡区（ATR）是在加栅和去栅过程中必然存在的。我们首先实验研究了ATR的特性，包括在商业SPD和高速SPD，然后提出了一个ATR攻击来控制检测器。在入侵即插即用QKD系统的实验中，Eve只引入了不到0.5%的量子误码率，并且几乎没有留下任何她存在的痕迹，包括光电流和后脉冲概率。最后给出了可能的对策。
2019-09-24 quant-ph
High speed single photon detection in the near-infrared
InGaAs雪崩光电二极管（APD）便于在包括光纤通信波段（1.31/1.55 $μ$ m）的近红外（NIR）中进行单光子检测。然而，为了抑制后脉冲噪声，由于捕获雪崩电荷，他们必须与MHz的重复频率门控，从而严重限制了近红外应用中的计数率。在这里，我们显示了InGaAs-APD的门控频率远远超过1 GHz。使用自差分技术来感测弱得多的雪崩，我们大大减少后脉冲噪声。在1.25 GHz，我们得到的检测效率为10.8%，后脉冲概率为6.16%。此外，该检波器具有低抖动（55 ps）和100 MHz计数率的特点。
2007-07-29 physics.ins-det physics.optics quant-ph
An attack to quantum systems through RF radiation tracking
阐述了量子密钥分发中常用的单光子探测器的物理本质中的一个新的安全漏洞，即利用单光子探测器的高压雪崩效应辐射出的超宽带电磁信号，可以从远处截获量子密钥传输系统的比特内容。这意味着，实际上，在单光子探测器内使用的任何盖革模式雪崩光电二极管系统地充当下变频器，其将光学波长光子转换为无线电波长光子，该无线电波长光子可以被天线拦截为侧信道攻击。我们的实验表明，由天线捕获的辐射波形可以用作指纹。这些指纹被作为训练数据输入深度学习神经网络，训练后神经网络能够克隆量子传输的比特内容。
2020-05-11 physics.ins-det quant-ph
Eavesdropping and countermeasures for backflash side channel in quantum cryptography
量子密钥分发（QKD）保证了信息论上的密钥安全，只要设备的性能符合理论模型中的假设。其中一个假设是不存在关于接收器单元的个体光子探测结果的信息泄漏。在这里，我们研究了由于单光子探测器中的探测事件（回闪）引起的光子发射而导致的QKD接收器的信息泄漏。我们测试了商用硅雪崩光电二极管和一个光电倍增管，发现前者会发射回闪。我们研究了这些逆闪光子的光谱、时间和偏振特性。我们在自由空间QKD接收机上实验证明，窃听者可以区分哪个探测器在里面点击，从而获取秘密信息。从理论上和实际设备上提出了一套相应的对策。
2018-08-01 quant-ph
Enhanced Autocompensating Quantum Cryptography System
我们改进了量子密钥分发自动补偿系统的硬件和软件，用光纤等效物替换了终端站的大量光学元件，并实现了在局域网上验证终端站活动、传达基础选择、纠正错误和执行隐私放大的软件。全光纤布置提供稳定、高效和高对比度的光子路由。低误码率导致高纠错效率，并使隐私放大期间的数据牺牲最小化。一些商业雪崩光电二极管的特性测量，突出需要专门为量子信息应用定制的改进设备。还描述了一种用于对从Alice站返回的光子进行频移以使它们与后向散射的噪声光子区分开的方案。OCIS代码：030.5260、060.0060、060.2360、230.2240、270.5570。
2002-02-01 quant-ph
Controlling an actively-quenched single photon detector with bright light
我们使用明亮的光控制主动猝灭雪崩单光子探测器。主动猝灭检测器通常用于可见光和近红外范围内的量子密钥分发（QKD）。这项研究表明，这些检测器是可控的相同的攻击用于黑客被动淬火和门控检测器。这证明了我们的攻击的通用性和它的可能适用性，eavsdropping的全部密钥的QKD系统使用雪崩光电二极管（APD）。此外，我们测试的商业探测器模型（珀金埃尔默SPCM-AQR）表现出两个新的致盲机制，除了先前观察到的热致盲的APD，即：偏置电压控制电路的故障，和过载的DC/DC转换器偏置APD。在一个检测器模型中发现的这两个新的技术漏洞表明，这个问题必须通过将通常不完美的检测器纳入QKD的安全性证明来解决。
2011-10-23 physics.ins-det quant-ph
Room temperature single-photon detectors for high bit rate quantum key distribution
报道了用于高比特率量子密钥分发（QKD）的通信波长单光子探测器的室温工作。室温操作是使用集成了电子的自差分技术，提高雪崩鉴别灵敏度的基础上InGaAs雪崩光电二极管。尽管使用室温探测器，我们证明了量子密钥分配与记录的安全比特率在一系列的光纤长度（例如1.26 Mbit/s超过50公里）。此外，我们的研究结果表明，在室温下操作的检测器增加了短距离的安全比特率。
2014-02-10 quant-ph
Hacking commercial quantum cryptography systems by tailored bright illumination
量子力学的特殊性质允许两个远程方传递一个私人的秘密密钥，该密钥受到物理定律的保护而不被窃听。所谓的量子密钥分发（QKD）的实现通常依赖于探测器来测量单个光子的相关量子特性。在这里，我们通过实验证明，在两个商用QKD系统中的探测器可以完全远程控制，使用专门定制的明亮照明。这使得有可能无痕地获取完整的秘密密钥，我们提出了一个窃听装置建成的现成的组件。这个漏洞可能存在于大多数使用雪崩光电二极管检测单个光子的QKD系统中。我们相信，我们的发现对于通过识别和修补技术缺陷来加强实际QKD的安全性至关重要。
2011-03-04 quant-ph
A low-noise single-photon detector for long-distance free-space quantum communication
我们建立和测试的基础上，硅雪崩光电二极管Excelitas 30902 SH热电冷却到-100度的单光子探测器。C.该探测器暗计数率小于1Hz，光敏面积直径为500 μ m，光子探测效率约为50%，后脉冲小于0.35%，时间抖动小于1 ns。这些特性使其适合于长距离自由空间量子通信链路，我们简要讨论。我们还报告了一种改进的方法，我们称之为长时间后脉冲分析，用于确定和可视化在不同温度下的长陷阱寿命。
2021-12-08 physics.ins-det quant-ph
Tailored bright illumination attack on distributed-phase-reference protocols
对量子密钥分发系统的探测器控制攻击利用了单光子探测器中雪崩光电二极管的线性模式。到目前为止，正在审议的议定书是BB84议定书及其衍生物。在这里，我们提出了如何明亮的定制照明利用线性模式的检测器可以用来窃听分布式相位参考协议，如差分相移和相干单向。
2010-12-20 quant-ph
Secure gated detection scheme for quantum cryptography
针对采用门控单光子探测器的量子密钥分发系统，提出了几种攻击方案。攻击涉及触发检测器门的中心之外的检测器，和/或使用明亮的照明来利用检测器的经典光电二极管模式。因此，安全的探测方案需要两个特征：探测事件必须发生在门的中间，探测器必须是单光子敏感的。在这里，我们提出了一种称为比特映射门控的技术，这是一种优雅的方式，通过耦合检测时间和量子误码率来迫使检测器门的中间进行检测。我们还讨论了如何通过直接测量探测器参数来保证单光子灵敏度。比特映射门也提供了一种简单的方法来测量探测器效率失配的量子密钥分发系统的安全证明中的探测器盲化参数，直到现在仍然是一个理论上的，不可测量的量。因此，如果单光子的灵敏度可以保证在门，检测方案与比特映射门满足当前的安全证明的假设。
2011-01-29 quant-ph
An advanced active quenching circuit for ultra-fast quantum cryptography
基于主动猝灭固态雪崩光电二极管传感器的商业光子计数模块用于各种各样的应用。制造商通过指定一小组参数来表征其探测器，例如探测效率、死时间、暗计数率、后脉冲概率和单光子到达时间分辨率（抖动）。然而，它们通常不指定这些参数恒定的条件范围，也不提供表征过程的充分描述。在这项工作中，我们对两个商业探测器进行了一些新的测试，并确定了一组额外的缺陷，必须指定充分表征其行为。这些包括速率依赖的死区时间和抖动，检测延迟移位，和“twilighting”。“我们发现，这些额外的非理想行为可能会导致使用这些设备的系统的性能出现意想不到的影响或严重恶化。我们解释了它们的起源，通过深入分析的主动淬火过程。为了减轻这些缺陷的影响，一个定制的检测系统设计使用一种新的主动淬火电路。在一个利用超纠缠光子和随机数发生器的快速量子密钥分发系统中，将其与两种商用探测器的性能进行了比较。
2017-09-09 cs.CR physics.ins-det quant-ph
Intensity modulation as a preemptive measure against blinding of single-photon detectors based on self-differencing cancellation
量子密钥分发作为保护数字时代通信基础设施的一种重要的密码原语正在兴起。但是，其实现安全性经常被行为偏离预期的组件所削弱。在这里，我们分析了自差分雪崩光电二极管，高速量子密钥分发的关键使能器，从连续波激光器发出的强光的响应。在不正确的设置下，由自差分电路引起的抵消会使探测器对单光子不敏感。然而，我们的实验表明，即使在这种情况下，强度调制可以作为一种有效的措施来恢复检测器的预期响应输入光。
2018-08-03 physics.ins-det quant-ph
Thermal blinding of gated detectors in quantum cryptography
先前已经表明，两个商业上可获得的量子密钥分发（QKD）系统的门控检测器是可盲的，并且可由窃听者使用连续波照明和短亮触发脉冲来控制，从而操纵电路中的电压[L. Lydersen等人，Nat. Photonics DOI：10.1038/nphoton.2010.214]。这允许攻击者窃听完整的原始密钥和秘密密钥，而不会增加量子误码率（QBER）。在这里，我们将展示如何在明亮的照明下探测器的热效应可以导致相同的结果。我们证明了商业QKD系统Clavis 2中的探测器可以通过使用明亮的照明加热雪崩光电二极管（APD）来致盲，即所谓的热致盲。此外，一旦探测器失明，就可以使用短亮脉冲来触发探测器。对于数据包传输之间有停顿的系统，如即插即用系统，热惯性使夏娃能够在窃听之前应用明亮的致盲照明，使她更难被抓住。
2010-09-14 quant-ph
