我國科學(xué)家刷新世界紀(jì)錄 成功將光存儲時(shí)間提升至1小時(shí)

光以每秒 30 萬公里的速度運(yùn)動，讓它“慢下來”乃至“停留下來”，是重要的科研問題。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 4 月 25 日發(fā)布消息，該校李傳鋒、周宗權(quán)研究組近期成功將光存儲時(shí)間提升至 1 小時(shí)，大幅刷新 8 年前德國團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的 1 分鐘的世界紀(jì)錄，向?qū)崿F(xiàn)量子 U 盤邁出重要一步。國際學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》日前發(fā)表了該成果，審稿人認(rèn)為“這是一個(gè)巨大成就”。

光是現(xiàn)代信息傳輸?shù)幕据d體，光纖網(wǎng)絡(luò)已遍布全球。光的存儲在量子通信領(lǐng)域尤其重要，因?yàn)橛霉饬孔哟鎯梢詷?gòu)建量子中繼，從而克服傳輸損耗建立遠(yuǎn)程通信網(wǎng)。另一種遠(yuǎn)程量子通信解決方案是量子 U 盤，即把光子保存起來，通過運(yùn)輸 U 盤來傳輸量子信息。考慮到飛機(jī)和高鐵等運(yùn)輸工具的速度，量子 U 盤的光存儲時(shí)間需要達(dá)到小時(shí)量級，才有實(shí)用價(jià)值。

李傳鋒、周宗權(quán)研究組長期研究這一領(lǐng)域，他們 2015 年研制出光學(xué)拉曼外差探測核磁共振譜儀，刻畫了摻銪硅酸釔晶體光學(xué)躍遷的完整哈密頓量。近期，他們在實(shí)驗(yàn)上取得重大突破，結(jié)合“原子頻率梳”等技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)光信號的長壽命存儲。

在實(shí)驗(yàn)中，光信號經(jīng)歷了光學(xué)激發(fā)、自旋激發(fā)、自旋保護(hù)脈沖等一系列操作后，被重新讀取為光信號，總存儲時(shí)間達(dá)到 1 小時(shí)，而且光的相位存儲“保真度”高達(dá) 96.4±2.5%。

“簡單來說，我們就是用一塊晶體把光‘存起來’，一個(gè)小時(shí)后取出來發(fā)現(xiàn)，它的相位、偏振等狀態(tài)信息還保存得很好。”李傳鋒說，光的狀態(tài)信息很容易消失，這個(gè)研究大大延長了保存的時(shí)間，也因此有望催生一系列創(chuàng)新應(yīng)用。

比如，將兩臺相距較遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡捕捉到的光，保存后放到一起進(jìn)行“干涉”處理，可以突破單個(gè)望遠(yuǎn)鏡的尺寸局限，大幅提升觀測的精度。

IT之家獲悉，報(bào)道稱，量子 U 盤對構(gòu)建全球量子通信網(wǎng)具有重要意義。李傳鋒介紹，為實(shí)現(xiàn)量子 U 盤，不僅要高精度的“留住光”，還要提升信噪比，這也是他們下一步努力的方向。

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