刷新紀錄!中國科學家將光存儲時間提升至1小時,邁向量子U盤

2021年04月26日15:15

來源:央視新聞

  近日,中國科學技術大學郭光燦院士團隊在光量子存儲領域取得重要突破,將相干光的存儲時間提升至1小時,大幅度刷新了2013年德國團隊光存儲1分鐘的世界紀錄,向實現量子U盤邁出重要一步。該成果日前在國際學術期刊《自然·通訊》發表。

  現在光纖網絡遍佈全球,光已成為現代信息傳輸的基本載體。對光的捕獲及存儲可以幫助人們更有效地利用光場。光速高達30萬公里每秒,降低光速乃至讓光停留下來是國際學術界孜孜以求的目標。光的存儲在量子通信領域尤其重要,這是因為基於光量子存儲可以構建量子中繼,從而克服信道損耗建立起大尺度量子網絡。另一種遠程量子通信的解決方案是量子U盤,即把光子存儲到超長壽命量子存儲器(量子U盤)中,然後通過直接運輸量子U盤來傳輸量子信息。考慮到飛機和高鐵等的速度,量子U盤的光存儲時間需要達到小時量級。

  早在1999年,美國哈佛大學團隊利用冷原子氣體把光速降至17米每秒。2013年德國達姆施塔特大學團隊利用摻鐠硅酸釔晶體使得光停留了1分鐘,創下該領域的世界紀錄,然而這一光存儲時間仍遠低於量子U盤的技術需求。2015年澳大利亞國立大學團隊在一階塞曼效應為零磁場下,觀察到摻銪硅酸釔晶體的核自旋相干壽命長達6小時,讓人們看到了長壽命光存儲的希望。然而由於對該材料的能級結構缺乏瞭解,至今未能實現長壽命光存儲。

△存儲方案示意圖

  依託自主研發的光學拉曼外差探測核磁共振譜儀,中國科學技術大學科研團隊精確刻畫了摻銪硅酸釔晶體光學躍遷的完整哈密頓量,並通過理論預測和實驗觀測,成功實現了光信號的長壽命存儲,總存儲時間長達1小時。通過加載相位編碼,實驗證實在經歷了1個小時存儲後,光的相位存儲保真度高達96.4±2.5%。這些結果表明該裝置具有極強的相干光存儲能力以及用於量子態存儲的潛力。

  這一科研成果將光存儲時間從分鐘量級推進至小時量級,滿足了量子U盤對光存儲壽命指標的基本需求。研究團隊李傳鋒教授介紹,接下來通過優化存儲效率及信噪比,有望實現量子U盤,從而可以基於經典運輸工具實現量子信息的傳輸,建立一種全新的量子信道。


編輯:郭同歡

我來説兩句 0條評論 0人蔘與,