Preview only show first 10 pages with watermark. For full document please download

Designreview (1)

   EMBED


Share

Transcript

          Visible Light Photon Counter Integrator        Group 48:   Austin Jin  Katie Nguyen  Myoung Hyun Kim          Design Review for ECE 445, Spring 2016        TA: Ankit Jain            1 Introduction​       ​                                                                                                                    3  1.1 Statement of Purpose​   ​                                                                                               3  1.2 Objectives​                ​                                                                                                    4  1.2.1 Goals & Benefits​                                                                                       4  1.2.2 Functions & Features​                                                                                4  2 Design​                                                                                                                         5  2.1 Block Diagram​                                                                                                   5  2.2 Block Descriptions​                                                                                             5  2.2.1 Laser Source​                                                                                              5  2.2.2 VLPC​                                                                                                        5  2.2.3 Integrator Circuit​                                                                                       6  2.2.4 Analog to Digital Converter​                                                                      6  2.2.5 Data Processing​                                                                                         6  2.2.6 Graphical User Interface​                                                                           7  2.2.7 Power Supply Circuit​                                                                                7  2.2.8 EMI Shielded Enclosure​                                                                           8  2.3 Circuit Schematic​                                                                                               9  2.3.1 Integrator Circuit​                                                                                       9  2.3.2 Analog to Digital Converter Circuit​                                                         9  2.3.3 Power Supply Circuit​                                                                              10  2.4 Calculation​                                                                                                       10  2.4.1 Integration for Single Pulse​                                                                    10  2.4.2 Capacitance Calculation for Power Supply Circuit​                                11  2.5 Simulation​                                                                                                        12  2.5.1 Single Pulse Integration​                                                                          12  2.5.2 Power Supply Output​                                                                              12  3 Requirements and Verification​                                                                                 13  3.1 Requirements and Verification Table​                                                              13  4 Tolerance Analysis​                                                                                                   14  5 Safety Statement​                                                                                                       15  5.1 General Safety​                                                                                                 15  5.2 Laser Safety​                                                                                                     16           5.2.1 Bullet Statement                                                                                 16           5.2.2 Nominal Ocular Distance                                                                   16           5.2.3 Laser Safety Calculations                                                                   16  6.1 7.8 IEEE Code of Ethics​                                                                                  17  7 Cost and Schedule​                                                                                                     17        1     7.1 Cost Analysis​                                                                                                   17  7.1.1 Labor​                                                                                                       17  7.1.2 Parts​                                                                                                        19  7.1.3 Grand Total​                                                                                             20  7.2 Schedule​                                                                                                           20  References​                                                                                                                    22                                                2     1 Introduction  1.1 Statement of Purpose  With roots beginning since the studies of Bell's Inequalities, Quantum Information   Science (QIS) is a young, yet established discipline that has broken ground on understanding the  nature of information in quantum systems. Bell's Inequality showed that local realism, the  principle that physical systems have pre­existing "realistic properties" that can be revealed  through measurement, failed to reproduce all the predictions of quantum mechanics. Classical  models are no longer enough at the quantum level, where intrinsic uncertainty and entanglement  both reject any version of local realism. Photons, being easy sources of quantum particles, will  likely be important in large­scale quantum information processing systems, but current  prospective optical quantum information processing experiments are limited by the available  methods of detecting complex multi­photon states.     A simple quantum information processing system begins first with a source producing a quantum  state. Afterwards, the produced quantum state will be manipulated, usually through a system  such as quantum logic gates, which may also introduce entanglement on the initial state. Then  the state must be detected, obtaining a measurement that may give some classical result such as  secure communication between Alice and Bob [1] or efficient computing through quantum  algorithms (e.g. integer factoring) [4]. The work presented here will concern the photon­number  resolution stage in detectors (i.e. photon counters).     There is a need for reliable detectors that can count photons with high efficiency. In data  collection, high detection efficiency η is useful for increasing yield. However, some schemes  (such as linear optical quantum computing and loophole­free tests of locality) using  high­efficiency photon­number resolving detectors absolutely require detection efficiencies of  η   >  66  −  83%  [4, 5, 6]. Too low of an efficiency can bottleneck in large­scale multiphoton  experiments due to the probability of detecting ​ N​  photons scaling as  ηN 1 . This problem of  photon detection can be summarized as a decision problem: is it possible to correctly state the  1  If you compare 2 detectors detecting 6 simultaneous photons where one is η = 40% and the other is η = 90%, the  40%­efficient detector would have to collect data 130 times as long.      3     presence of a photon incident on a detector given a pulse that may or may not contain a single  photon? Considering the problem includes the possibilities of false negatives (a photon is not  detected when it is present) and false positives (a photon is detected when it is not present).  Current methods of analysis rely on an event from a single photon to trigger a pulse height and a  FWHM2 of 1.5ns [3]. However, this presents some difficulties. Photon­number resolved  triggering requires calibration to set the discrimination thresholds between photon numbers, a  measurement that could well take upwards of 30­60 minutes [3]. Another problem appears when  multiple pulses arrive slightly offset in time, skewing the pulse height analysis3. Accuracy is also  a concern as the accuracy of the measurement is reliant on the accuracy of the voltage threshold  comparison [3].     To take a more robust measurement, we would measure the total charge of an input pulse. An  integration of the pulse would thereby resolve the problems inherent in pulse height analysis, as  the total charge of a pulse will be constant regardless of the overlap of offset pulses. Creating the  pulse height distribution will be much faster as well due to more information being gained from  each pulse4 (as it is possible to discriminate empty time bins). Here, we will focus on optimizing  the efficiency of photon­number resolution through pulse area analysis.  1.2 Objectives  1.2.1 Goals & Benefits   ➢ Precise method of counting photons by using an op amp integrator    ➢ Accurate Measurements when detecting a photon  ➢ Fast and Robust Circuitry to continuously integrate  1.2.2 Functions & Features  ➢ Upon receiving a single photon, the VLPC will output a pulse approximately 1  nanosecond long with a peak height of ­150 mV.   ➢ Taking the time integral of the signal yields a more robust measurement over measuring  the peak height of the pulse, as each photon has a fixed amount of charge, meaning that  2  Full Width Half Maximum   A single­photon detection event will have a peak height that will be similar across all incidents. Simultaneously  detected photons will have a peak height approximately linear with ​ N​  photons.  4  Approximately 80% of the incoming signals will consist of empty time bins.  3     4     finding the total charge in a given time window will allow us to derive the number of  photons.   ➢ The calculated integral of the analog signal will be output into a log file which will be  made accessible via Raspberry Pi 2 Model B or through software for all future and past  measurements.  2 Design  2.1 Block Diagram    2.2 Block Descriptions  2.2.1 Laser Source5  The laser source will be used as a source of interesting quantum states (i.d. photons).  Currently, the expected output from the laser source will be 5 to 0 photons at any given pulse.  Photons are delivered from the laser source in set time bins (relative arrival time of laser pulses).  It is estimated ~80% of the time bins will be empty.    2.2.2 VLPC6  Visible light photon counter (VLPC) was originally developed for high­energy level  optics as a visible­light­optimized version of the infrared­sensitive Solid State Photomultiplier  (SSPM). The VLPC has many attractive advantages for quantum optics, some of which being:  close to perfect intrinsic quantum efficiency (95​ ±5%​ ), fast and low­jitter response (~250 ps  5  Provided by Professor Kwiat in the Department of Physics of the University of Illinois at Urbana­Champaign. The  laser source and VLPC can be simulated with a pulse generator for testing prior to experimentation.  6  Provided by Professor Kwiat in the Department of Physics of the University of Illinois at Urbana­Champaign. The  laser source and VLPC can be simulated with a pulse generator for testing prior to experimentation.      5     jitter), photon number resolving potential, and a reasonable dark count rate (~10 kHz per m​ m2​   detector area) [3]. Signal from the VLPC will be amplified with a Miteq Au­1525 300­MHz  amplifier with a gain of 60 dB. After amplification, we will expect to see the pulse height of a  single­photon detection to be approximately 150mV and have a FWHM of 1.5 ns. Due to high  amplification of the source signal, the VLPC will be extremely sensitive to noise from either of  two reasons: 1) incomplete shielding on the cryostat/dunking probe or 2) coupling to the  detectors via the heater/temperature sensor wires. However, these issues can be resolved through  a well­grounded Faraday cage and by applying low pass filters to the heater and temperature  controller wires.  2.2.3 Integrator Circuit   Current methods of resolving the photon­number of the laser pulses rely on the incoming  photon to trigger a certain trigger level (mV) responding to the number of photons for that  energy level. However, this is an inherently faulty method as the detector can read the photon as  be less than it should be. Our proposed design will utilize op amps in which we plan to integrate  an analog signal and calculate the area under the curve. This will give us a much more robust  measurement since it will give us a numerical value in which we can use to more accurately  count the number of protons that passed per pulse. Even though the peak amplitude of a  N​ ­photon event will fluctuation, the overall charge (area) under the curve will be approximately  linear to the number of photons detected during the pulse.   2.2.4 Analog to Digital Converter   The Analog to Digital Converter (ADC) will be used to convert the analog result obtained  from the integrator into digital signal. Converted signal will be passed onto processing  procedures, where the measured photons will be quantified and analyzed. Since we will want to  do all of our digital processing with a Raspberry Pi Model B, we will need an external ADC  since the Raspberry Pi does not provide one on the microcontroller itself. Using an 12 bit ADC  chip with an I2C protocol, we will use a photo­coupler to protect the input of the Raspberry Pi  from voltages (noise) fluctuations. The ADC will also need to interface with a N­Channel Digital  FET to act as a I2C bi­directional level shifter to allow the Raspberry Pi to process various  voltage levels.  2.2.5 Data Processing  The data processing will be done using a Raspberry Pi 2 Model B.  With a quad­core  processor, the Raspberry Pi 2 Model B should have a processor speed of around 900 MHz which  will be more than fast enough to retrieve our signal from the ADC circuit. Using the GPIO ports  on the Raspberry Pi, the digital signal will be input into the Raspberry Pi. Since data will be  processed every laser pulse, there will be a log file created to display the integration values from      6     our integrator. To help aid in the data collection process for our log file, a script will be written  to constantly read the values of the digital pins of the Raspberry Pi. By taking the digitized value  of the integral from the ADC, we will divided that number by the integral of one photon. Using  the closest integer value from the division, the photon count will be calculated per pulse.  2.2.6 Graphical User Interface    With the processed data, a graphical user interface will be shown on a computer monitor  to display the count of the photons per pulse.  The interface will also display the average number  of photon per count and the overall total number of photons that was calculated over a succession  of laser pulses. This count will constantly be updated when we detect a laser pulse.       Figure 1) Graphical User Interface Display  2.2.7 Power Supply Circuit  The power source circuit will be taking 120V AC wall outlet as an input and convert it to  the voltage ratings required by the parts in the other blocks. Specifically, +/­ 5V DC will be  provided to the integrator circuit for op­amps, and 5V will be provided to ADC. Note that  Raspberry Pi will be separately powered via micro USB power supply.   First of all, as described in Figure 3, a step down transformer will be incorporated to  lower the voltage from 120V AC to more manageable voltage around 12V AC. By choosing a  center­tapped transformer, it will be possible to generate positive voltages (5V) and a negative  voltage (­5V) in the same circuit without much inconvenience. Then, the lowered voltages will  be half­wave rectified with one diode for positive and negative voltage, respectively. Filtering  capacitors of 390 uF (+5V) and 220 uF (­5V) were chosen to smooth out the ripples of rectified  voltage. The reasoning behind this selection is described in Section 2.4.2. The filtered voltage  will be fed into the linear regulators, which will output stable voltages. The additional 10 uF  filter capacitors were added in parallel to the output, as recommended by the manufacturers.      7     2.2.8 EMI Shielded Enclosure  The PCB will be protected by a metal conductor enclosure of aluminium die­cast. This  design will have a primary benefit of reducing interference on the circuit from external sources,  but will have a secondary benefit of physically securing the circuit. Other designs, such mesh or  plastics with copper coating, were considered but were found more permeable at higher  frequencies. Holes will be made input and output wires and power, but the holes will be designed  as small as possible to reduce tampering to the effectiveness of the EMI enclosure. To limit  contact with the enclosure and ensure pieces from being damaged within the box, the PCB will  be suspended through non­conductive foam padding.    Figure 2) Hammond R111­083­000 [10]      8     2.3 Circuit Schematic  2.3.1 Integrator Circuit    Figure 3) Integrator Circuit with Generic Op Amp [8]      9     2.3.2 Analog to Digital Converter Circuit     Figure 4) Analog to Digital Converter with Raspberry Pi   2.3.3 Power Supply Circuit     Figure 5) Power Supply Circuit with No Load      10     2.4 Calculation  2.4.1 Integration for Single Pulse        11     2.4.2 Capacitance Calculation for Power Supply Circuit          12     2.5 Simulation  2.5.1 Pulse Integration at Multiple Voltages    Figure 6) Pspice Simulation of Integration Circuit with Pulse Function  Blue is the input pulse voltage at 150mV, 300mV, and 450mV.  Green is the voltage reflected across the capacitor in the integrator circuit.  2.5.2 Power Supply Output  A series of simulations was conducted based on the circuitry shown in Figure 5. Our goal  was to find out whether rectifiers and regulators are capable of generating the specified voltages  (+/­ 5 V), given stepped down voltages (12V AC) from secondary windings of the center­tapped  transformer. As shown in Figure 7, LTSPICE simulation result demonstrates that the circuit  outputs the correct, stable values.        13     Figure 7) LTSPICE Simulation of Power Supply Circuit   3 Requirements and Verification  3.1 Requirements and Verification Table  Block  Requirement   Verification  Points  Integrator  1. Integrates a delivered  signal within a 5 ns range +/­  1 ns      1.Verification Process for Item 1:  50  a) Generate a periodic mock  pulse (sawtooth… etc.)  using a function generator.  b) Observe a transient  response of the integrator  via an oscilloscope  c) Integrates a given signal  within a 5 ns time from by  analyzing output saved in a  log file    Power Supply  1. Provides a set of required  1.Verification Process for Item 1:  10      14     voltage (+/­ 5V) in a stable  manner. Output ripple must  be under 1% and DC values  should be within 5% of  proposed voltages.  Data Processing  1. Process the data and  calculate the total photon  count per pulse with an  accuracy of +/­ 4 photons       a) Connect the power supply  circuit to 120V AC wall  outlet.  b) Measure and observe the  output voltages when there  is no load via an  oscilloscope.  c) Measure the output  voltages when there is  load. (i.e, when the circuits  are all connected and  operating) via an  oscilloscope.  1.Verification Process for Item 1:  a) Use channel 1 of an  oscilloscope to view the  output of the integrator.   b) Use channel 2 of the  oscilloscope to view the  output of the ADC (before  data processing).   c) Compare channel 1 and  channel 2 to see that one  analog signal corresponds  to one digital signal.   d) Observe  and compare  photon count on the GUI  (post processing).   e) Compare the change in  count on the GUI with the  output signal from channel  1 on the oscilloscope.    40    4 Tolerance Analysis  Our critical component for our integrator is the operational amplifier which ensures speedy and  reliable integration.       Our accepted tolerance is such that the integrator circuit can reliably continue to integrate  within an approximately 5­ns long time window.      15        We will be using the OPA847 operational amplifier which has a high slew rate of ​ 950V/µs​ .  Using dimensional analysis:    4300V 4300V μs 4300mV = = 4300mV   μs μs 1000ns V ns which shows that the OP­AMP is suitable for our needs. Approximating the peak voltage  magnitude of one photon to be 150mV, we expect the maximum detected peak (of 5 photons) to  be 750mV.       We can also calculate the minimum slew rate via equation:  Slew Rate  =  2πfV    where:  f is the frequency of the swing  V is the amplitude voltage     We use 200MHz as the frequency as our sampling time window is approximated to be 5ns. We  use 750mV as the amplitude because that is the highest magnitude voltage we expect to see.     Using the equation stated above, we calculate our minimum slew rate to be 942.478 mV ns , which  shows that our OP­AMP meets our needs.  5 Safety Statement  5.1 General Safety  ● All group members will receive appropriate laboratory training as required by the  coursework  ● Voltage/power rating of components in the circuitry and power supply will be checked  and confirmed prior to implementation.  ● In order to ensure the safety of transformer, a fuse will be added in the power supply  circuit.      16     5.2 Laser Safety  5.2.1 Bullet Statement  ● All members of Group 48 will be trained and authorized to operate a laser to the  specification of Professor Kwiat.  ● This project requires a laser as a primary source therefore, protective eyewear is  necessary to ensure safe interactions.  ● All reflective watches and jewelry will be removed before operation with a laser.  ● A laser will not be left unattended to ensure safety of every individual in Professor  Kwiat’s lab.  5.2.2 Nominal Ocular Hazard Distance  Nominal Ocular Hazard Distance (NOHD) is the calculated distance from a photon source at  which the intensity (energy per surface area) becomes lower than the Maximum Permissible  Exposure (MPE) on the cornea and on the skin. In layman's terms, NOHD is the point where the  viewing distance becomes eye­safe. The calculation of the NOHD is necessary to determine the  Nominal Hazard Zone (NHZ), which is the area inside which personnel are at risk of ocular  damage due to exposure from the laser. Anyone within the NHZ is required to wear the  appropriate eyewear for protection by ANSI Std. z136.6.  5.2.3 Laser Safety Calculations    −1 R NOHD = θ √ 4ΦP π*MP E − dout  2     where    R NOHD  is the Nominal Ocular Hazard Distance (​ cm​ )  θ is the beam divergence (​ radians​ )  ΦP is the beam output radiant power (​ watts​ )  M P E is the Maximum Permissible Exposure ( watts/cm2 )  dout   is the output beam diameter of the laser (​ c m​ )    R NOHD = (0.4 millirad)−1 √ 4(1 mW ) π*0.001W /cm2 − (0.1 cm)2          17     R NOHD = 856.3146 cm ≈ 8.56 metres      6 Ethical Considerations  6.1 7.8 IEEE Code of Ethics   High frequency signals tend to be very sensitive. Our design will have to take into consideration  that physical circuits are not ideal. Our calculations and simulations govern our design at its best  and that physically constructing it in hardware may lead to undesirable results. Item 3 of section  7.8  of the IEEE Code of Ethics states “to be honest and realistic in stating claims or estimates  based on available data [9].” We have to be mindful and accept any faulties in our hardware that  could alter the results of our simulation and calculation.    As the capstone class to end our undergraduate experience, we have to acknowledge and accept  any feedback given to us from our teaching assistant, instructors, and classmates. We have to  keep in mind that any criticism or suggestion we are given is only meant to help us achieve our  design goals for this project. Item 7 of section 7.8 of the IEEE Code of Ethics states “to seek,  accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and correct errors, and to  credit properly the contributions of others [9].” As a continuation of a project that was attempted  Spring 2015, we will revise and credit any contributions that were previously made in hope of a  more refined and successful design.    Since we will be conducting experiments in Professor Kwiat’s lab, we have to respectful of his  equipment and laboratory. Working with a laser could also be hazardous so we will be abiding  by all safety precautions specified by Professor Kwiat. Under item 9, it states” to avoid injuring  others, their property, reputation, or employment by false or malicious action [9].” We will  ensure that our group along with all colleagues in the lab are safe while we are conducting  experiments and debugging in his lab.                   18     7 Cost and Schedule 7.1 Cost Analysis 7.1.1 Labor         Name  Hourly Rate  Total Hours  Invested  Total = Hourly Rate x 2.5 x  Total Hours Invested  Austin  $34.50  225   $19,406.25  Mike  $34.50  225  $19,406.25  Katie  $34.50  225  $19,406.25  Total  ­  675  $58,218.75  7.1.2 Parts  Item Name  Manufacturer Name/   Part Number  Quantity   Unit  Cost  Cost  High Speed Operational  Amplifier  Texas Instrument/  OPA8471DBV  1  $6.19  $6.19  EMI Shielding  Hammond Manufacturing/  R111­083­000  1  $56.73  $56.73  1K Resistor   Bourns/  CHV2512­FX­1004ELF  2  $0.61  $1.22  10K Resistor  Panasonic/  ERA­8AEB103V  4  $0.79  $3.16  1.5 uF Capacitor  Vishay/  VJ0805V155ZXJTW1BC  3  $0.10  $0.30  100 nF Capacitor  TDK/  CGA2B3X7R1H104K050 BE  1  $0.20  $0.20  10 uF Capacitor  Murata Electronics/  GRM155R60J106ME44D  4  $0.33  $1.32  Panasonic/  1  $0.84  $0.84  390 uF Capacitor  EEE­FK1E391SP      19     220 uF Capacitor  Panasonic/  EEE­FC1E221P  1  $0.85  $0.85  Transistor Output  Optocouplers Prototrans  4­Channel  LiteOn/  LTV­847  1  $0.70  $0.70  24V CT 3A Power  Transformer (12V­0­12V)  Parts Express/  67­1243, 120­210  1  $24.80  $24.80  Schottky Diodes &  Rectifiers 30V 5A  NXP Seimiconductors/  PMEG3050EP  2  $0.48  $0.96  Linear Regulator  (Negative 5V)  Linear Technology/  LT1964ES5­5#TRMPBF  1  $2.02  $2.02  Linear Regulator  (Positive 5V)  Texas Instrument/  LM1085ISX­5.0/NOPB  1  $2.09  $2.09  Linear Regulator  (Positive 3.3V)   Texas Instrument/  LM1085ISX­3.3/NOPB  1  $2.09  $2.09  1 x 40 Header Pins  All Electronics  1  $0.85  $0.85  4G MicroSD Card  Sandisk  1  $2.98  $2.98  HDMI to HDMI Cable  Adafruit  1  $4.95  $4.95  USB Cable A/MicroB  Adafruit  1   $2.95  $2.95  GPIO Ribbon Cable for  Raspberry Pi Model B  Adafruit  1  $2.95  $2.95  Raspberry Pi 2 Model B   Adafruit  1  $35.00  $35.00  ADC with I2C Interface   Microchip/MCP3424  1  $2.92   $2.92  Dual N­Channel,  Digital FET  FairChild/FDC6301N  1  $0.44  $0.44  USA Raspberry Pi Micro  USB Power Supply  Charger ­ 5v 1500mA  The Pi Hut  1  $5.19  $5.19  Total  ­  ­  ­  $161.70         20       7.1.3 Grand Total  Section  Total  Labor  $58,218.75  Parts  $161.70  Grand Total  $58,380.45   7.2 Schedule  Week  Task  Responsibility   02/08/2016  Finalize Project Proposal  Design Circuit for ADC on Pspice  Design Circuit for Integrator on Pspice  Design Circuit for Power Supply on Pspice  All  KN  MK  AJ  02/15/2016  Finalize Document for Mock Design Review  Revise/Simulate Design for ADC on Pspice  Revise/Simulate Design for Integrator on Pspice  Design Power Source (Stable Voltage Setup)  AJ, KN  KN  MK  AJ  02/22/2106  Simulate Power Supply Circuit on Breadboard  Simulate ADC Circuit on Breadboard  Simulate Integrator Circuit on Breadboard   Prepare Final Documentation Design Review  AJ  KN  MK  AJ, KN  02/29/2016  Create Integrator Circuit PCB on Eagle  Create ADC Circuit PCB on Eagle and Order Parts  Create Power Supply Circuit PCB on Eagle   MK  KN  MK  03/7/2016  Set­up Raspberry Pi Environment  Write Code for Graphical User Interface  Prepare Equipment Setup in Kwiat’s Lab  KN  MK  AJ  03/14/2016  Solder and Verify Integrator in Senior Design Lab  Solder and Verify Power Supply in Senior Design Lab  Solder and Verify ADC in Senior Design Lab  Initial Integrator Testing in Kwiat’s Lab   MK  AJ  KN  All  03/21/2016  Spring Break  ­  03/28/2016  Test / Debug Integrator in Kwiat’s Lab  AJ      21     Test / Debug ADC with Raspberry Pi in Kwiat’s Lab  Write/Debug Data Processing Code  KN  MK  04/04/2016  Final Testing / Debugging for Entire Design    All    04/11/2016  Mock Demo  Optimize / Fix Remaining Issues with Design  All  All  04/18/2016  Optimize /Fix Remaining Issues with Design  Prepare for Final Demonstration  Prepare Final Paper  All  AJ, MK  KN  04/25/2016  Final Demonstration  Mock Presentation  Prepare Final Paper  Prepare Final Presentation  All  All  AJ, MK  KN  05/2/2016  Final Presentation  Finalize Final Paper  Lab Checkout  All  All  All                                              22     References  [1]     [2]     [3]     [4]     [5]     [6]    [7]   [8]  S. Lomonaco, "A Talk on Quantum Cryptography or How Alice Outwits Eve", ​ Coding  Theory and Cryptography​ , pp. 144­174, 2000.  J. Kim, K. McKay, P. Kwiat, K. Zielnicki and E. Gansen, "Novel Semiconductor  Single­Photon Detectors", ​ Experimental Methods in the Physical Sciences​ , pp. 147­183,  2013.  K. Zielnicki, “Pure Sources and Efficient Detectors for Optical Quantum Information  Processing”, Ph.D. Dissertation, Dept. Phys., University of Illinois at  Urbana­Champaign, Champaign, IL, 2014.  E. Knill, R. Laflamme and G. Milburn, "A scheme for efficient quantum computation  with linear optics", ​ Nature​ , vol. 409, no. 6816, pp. 46­52, 2001.  P. Eberhard, "Background level and counter efficiencies required for a loophole­free  Einstein­Podolsky­Rosen experiment", ​ Phys. Rev. A​ , vol. 47, no. 2, pp. R747­R750,  1993.  P. Kwiat, P. Eberhard, A. Steinberg and R. Chiao, "Proposal for a loophole­free Bell  inequality experiment", ​ Phys. Rev. A​ , vol. 49, no. 5, pp. 3209­3220, 1994.  Waks, E., Inoue, K., Oliver, W. D., Diamanti, E., & Yamamoto, Y. High­efficiency  photon­number detection for quantum information processing.​ Selected Topics in  Quantum Electronics, IEEE Journal of​ , ​ 9​ (6), 1502­1511, 2003.  P.Tapashetti, A. Gupta, C. Mithlesh, A.S Umesh, "Design and Simulation of Op Amp  Integrator and Its Application", ​ International Journal of Engineering and Advanced    [9]  Technology ​ , pp. 12­19, 2012.  ieee.org, "IEEE IEEE Code of Ethics", 2016. [Online]. Available:  http://www.ieee.org/about/corporate/governance/p7­8.html.     [10] Hammond Manufacturing, “Hammond Manufacturing R111­083­000”, R111­083­000  datasheet, 2016.      23