빛 에너지를 전기적인 신호로 변환시키는 장치.

양자 암호 키 분배 시스템(QKD system)은 송수신부 1쌍과 양자 채널로 구성된다. 일반적으로 송신부는 단일 광자를 생성하는 단일 광자 생성부(single photon generation), 단일 광자 위상 변조 및 간섭이 발생하는 광 간섭부(optical interferometer)로 구성된다. 수신부는 단일 광자를 검출하는 단일 광자 검출부(single photon detector), 광 간섭부로 구성된다. 

단일 광자 검출부에는 2가지 타입의 광 검출기가 사용된다. 여기에는 다수의 광자(multi-photon)로 구성된 광신호를 검출하는 동기화용 광 검출기(synchronization photodetector)와 단일 광자를 검출할 수 있는 단일 광자 검출기(SPD: Single Photon Detector)가 있다. 

동기화용 광 검출기는 송신부(Alice)와 수신부(Bob)의 타이밍을 맞춰 동기화 기능을 제공해주는 광 검출기로 핀 광 다이오드(PIN-PD: PIN Photo-Diode) 소자를 일반적으로 사용한다. 핀 광 다이오드 소자는 바이어스 전압의 인가만으로 입력되는 광신호를 바로 검출하여 전기적인 신호로 변환시켜줄 수 있지만 단일 광자 수준의 미량의 광자는 검출할 수 없다. 

단일 광자 검출기(SPD)는 QKD 시스템에서 양자 암호 키를 생성하기 위해 사용되는 단일 광자를 검출하는 장치로 일반적으로 애벌란시 광 다이오드(APD: Avalanche Photo-Diode) 소자를 사용한다. 단일 광자와 같은 미량의 광 에너지를 감지할 수 있지만 단일 광자를 검출하기 위해 무한대에 달하는 증폭률(gain)로 노이즈에 대한 영향을 많이 받아 검출 효율이 낮다.단일 광자 검출기(SPD)의 주요 노이즈에는 dark count noise와 after pulse noise가 있다. dark current noise는 APD 소자 내에 열잡음(thermal noise)으로 발생하기 때문에 APD 소자를 냉각시켜 해결한다. after pulse noise는 APD 내부의 불안정한 상태에 트래핑(trapping)되어 있던 에너지에 의해 발생하기 때문에 트래핑되어 있던 에너지가 방출(release)되기까지 일시적인 APD 동작 정지(hold-off)방식으로 해결한다. 그 밖에 저잡음(low noise) 고속 단일 광자 검출 기술들이 개발 중이다. 

* 트래핑(trapping): 단일 광자의 에너지가 불안정한 상태(unstable state)에 잡혀 있는 것 

* dark current noise: 빛이 입사되지 않을 때 열에 의해 생성되는 전자와 정공(hole)에서 생기는 노이즈 

* after pulse noise: 빛이 입사될 때 발생한 전자와 정공(hoel)이 산화물층(oxide layer)에 갇힌 전하(trapped charge)의 기생효과에 의해 생기는 노이즈