고속 단일광자 검출기를 위한 과도응답 억제 방법

Abstract

현재 공개키방식인 RSA는 보안을 유지하기 위해 큰 수의 소인수분해 복잡성을 사용한다. 하지만, 이러한 방식은 새로운 알고리즘과 하드웨어가 개발될 경우 쉽게 깨질 수 있다. 예를들어 양자컴퓨터는 쇼어의 알고리즘을 사용할 경우 큰 수를 쉽게 소인수분해 할 수 있다. 다행히도 양자 역학은 무조건적인 비밀키 분배방법을 제시한다. 이 체계는 비밀키를 전송하기 위해 단일광자를 필요로 한다. 따라서 검출기는 전송된 단일광자를 검출할 수 있어야 한다. 아발란치 광 검출기는 단일광자를 검출하기 위해 게이트 모드로 운용한다. 그러나 게이트 모드로 운용할 경우 아발란치 광 검출기의 캐패시턴스 성분으로 인해 상승 시간과 하강 시간에 큰 과도응답을 동반하게 된다. 이것은 검출기의 검출효율을 심각하게 저하시키는 요인이 된다. 본 학위논문에서는 과도응답을 억제하기위 한 방법을 제안하며, 회로 시뮬레이션과 실험을 사용하여 성능을 증명하였다. 이를 위해 보조회로와 저역통과 여파기를 사용하였다. 보조회로는 RLC 공진 회로로 구성되어 있는데, 이는 아발란치 광 검출기의 과도응답을 동일하게 만들기 위해 모사한 것이다. 아발란치 광 검출기의 과도 응답은 두 응답을 상쇄시킴으로써 억제할 수 있다. 저역통과 여파기는 원치 않는 고주파 성분을 제거하기 위해 사용되었다. 공진회로에서 캐패시턴스를 바꿈으로써 기생 성분에 의한 공진회로의 품질계수 저하를 상쇄시킬 수 있었다. 시뮬레이션을 통해 억제되는 정도를 살펴보았다. 또한 저역통과 여파기의 대역폭의 최적값을 선정하였다. 성능향상정도는 과도응답을 억제하기 전과 후의 비율로 정의하였다. 500 MHz 저역통과 여파기를 사용할 경우 성능향상은 36dB를 달성하였다. 33dB를 달성한 다른 방법보다 우수한 성능을 보였다. 또한 캐패시턴스를 조절함으로써 최적의 억제성능을 달성하였다. 캐패시턴스가 10 % 변할경우 성능은 7 dB 저하되는 것을 확인하였다. 또한 제안하는 방법은 게이트 속도와 무관하게 동작시킬 수 있다. 10MHz부터 1 GHz 속도까지 성능향상의 변동은 3dB보다 작았다.