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Fraunhofer-Gesellschaft
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2023
Journal Article
Title

Towards metropolitan free-space quantum networks

Abstract
Quantum communication has seen rapid progress towards practical large-scale networks, with quantum key distribution (QKD) spearheading this development. While fibre-based systems have been shown to be well suited for metropolitan scales, suitable fibre infrastructure may not always be in place. Here, we make the case for an entanglement-based free-space quantum network as a practical and efficient alternative for metropolitan applications. We developed a deployable free-space QKD system and demonstrated its use in realistic scenarios. For a representative 1.7-km free-space link, we showcase its ad hoc deployability and achieve secure key rates of up to 5.7 kbps, with 2.5 kbps in direct noon sunlight. By extrapolating experimental data, we show that kbps key rates are achievable even for 10-km distances and multi-user scenarios. We anticipate that our work will establish free-space networks as a viable solution for metropolitan applications and an indispensable complementary building block in the future global quantum internet.
Author(s)
Krzic, Andrej
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Sharma, Sakshi
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Spiess, Christopher
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Chandrashekara, Uday
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Töpfer, Sebastian
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Sauer, Gregor
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Gonzalez Martin Del Campo, Luis Javier
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Kopf, Teresa
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Petscharnig, Stefan
Grafenauer, Thomas
Lieger, Roland
Ömer, Bernhard
Pacher, Christoph
Berlich, René
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Peschel, Thomas  
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Damm, Christoph  
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Risse, Stefan  
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Goy, Matthias  
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Rieländer, Daniel
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Tünnermann, Andreas  
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Steinlechner, Fabian Oliver  
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
Journal
npj Quantum information  
Open Access
DOI
10.1038/s41534-023-00754-0
Additional full text version
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Language
English
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  
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