Device-independent quantum key distribution over 100 km with single atoms

Device-independent quantum key distribution (DI-QKD) is a key application of the quantum internet. We report the realization of DI-QKD between two single-atom nodes linked by 100–kilometer (km) fibers. To improve the entangling rate, single-photon interference is leveraged for entanglement heralding, and quantum frequency conversion is used to reduce fiber loss. A tailored Rydberg-based emission scheme suppresses the photon recoil effect on the atom without introducing noise. We achieved high-fidelity atom-atom entanglement and positive asymptotic key rates for fiber lengths up to 100 km. At 11 km, 1.2 million heralded Bell pairs were prepared over 624 hours, yielding an estimated extractable finite-size secure key rate of 0.112 bits per event against general attacks. Our results close the gap between proof-of-principle quantum network experiments and real-world applications.

6785

Science

Device-independent quantum key distribution (DI-QKD) is a key application of the quantum internet. We report the realization of DI-QKD between two single-atom nodes linked ...

Недавно команда Пань Цзяньвэя из Научно-технического университета Китая реализовала квантовое распределение ключей, не зависящее от устройства (DI-QKD), на расстояние 100 км с использованием одиночных атомов. Соответствующая статья была опубликована в журнале Science 5 февраля 2026 года.Не зависящее от устройства квантовое распределение ключей является одним из ключевых приложений квантового интернета.Исследовательская группа сообщает об эксперименте по реализации DI-QKD между двумя атомными узлами, соединёнными оптоволокном длиной 100 км. Для увеличения скорости запутывания в эксперименте используется генерация запутанности посредством интерференции одиночных фотонов, а также применяется квантовое преобразование частоты для снижения потерь в оптоволокне. С помощью специализированной схемы возбуждения ридберговских состояний подавлен эффект отдачи фотонов в атомах без внесения дополнительного шума.Группа достигла высокодостоверного атом-атомного запутанного состояния на расстоянии до 100 км оптоволокна, а также получила положительную асимптотическую скорость генерации ключа. В ходе 624-часового эксперимента на дистанции 11 км было накоплено 1.2 миллиона предъявленных запутанных пар Белла; расчётная конечная длина безопасного ключа при защите от общих атак составила 0.112 бит на событие. Результаты исследования сокращают разрыв между принципиальными демонстрациями квантовых сетей и практическими приложениями.

Device-independent quantum key distribution over 100 km with single atoms

Authors

Bo-Wei Lu

Chao-Wei Yang

Run-Qi Wang

Bo-Feng Gao

Yi-Zheng Zhen

Zhen-Gang Wang

Jia-Kai Shi

Zhong-Qi Ren

Thomas A. Hahn

Ernest Y.-Z. Tan

We recommend that you study