“留光”1 小时,我国科学家刷新世界纪录迈向“量子 U 盘”

2021/4/25 23:22:32 来源:IT之家 作者:骑士 责编:骑士
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IT之家 4 月 25 日消息 据新华社报道,光以每秒 30 万公里的速度运动,让它“慢下来”乃至“停留下来”,是重要的科研问题。

中国科学技术大学 4 月 25 日发布消息,该校李传锋、周宗权研究组近期成功将光存储时间提升至 1 小时,大幅刷新 8 年前德国团队创造的 1 分钟的世界纪录,向实现量子 U 盘迈出重要一步。国际学术期刊《自然・通讯》日前发表了该成果,审稿人认为“这是一个巨大成就”。

光是现代信息传输的基本载体,光纤网络已遍布全球。光的存储在量子通信领域尤其重要,因为用光量子存储可以构建量子中继,从而克服传输损耗建立远程通信网。另一种远程量子通信解决方案是量子 U 盘,即把光子保存起来,通过运输 U 盘来传输量子信息。考虑到飞机和高铁等运输工具的速度,量子 U 盘的光存储时间需要达到小时量级,才有实用价值。

李传锋、周宗权研究组长期研究这一领域,他们 2015 年研制出光学拉曼外差探测核磁共振谱仪,刻画了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量。近期,他们在实验上取得重大突破,结合“原子频率梳”等技术,成功实现光信号的长寿命存储。

在实验中,光信号经历了光学激发、自旋激发、自旋保护脉冲等一系列操作后,被重新读取为光信号,总存储时间达到 1 小时,而且光的相位存储“保真度”高达 96.4±2.5%。

“简单来说,我们就是用一块晶体把光‘存起来’,一个小时后取出来发现,它的相位、偏振等状态信息还保存得很好。”李传锋说,光的状态信息很容易消失,这个研究大大延长了保存的时间,也因此有望催生一系列创新应用。

比如,将两台相距较远的望远镜捕捉到的光,保存后放到一起进行“干涉”处理,可以突破单个望远镜的尺寸局限,大幅提升观测的精度。

IT之家获悉,报道称,量子 U 盘对构建全球量子通信网具有重要意义。李传锋介绍,为实现量子 U 盘,不仅要高精度的“留住光”,还要提升信噪比,这也是他们下一步努力的方向。

▲存储方案示意图,信号光场(probe)被梳状的原子吸收谱吸收,并被控制光场(control)存储为自旋激发,在射频(RF)场的操控下延长存储时间,最终读取为光信号。

▲读出光脉冲信号强度与存储时间的关系。

https://www.nature.com/articles/s41467-021-22706-y

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关键词:量子U盘量子通讯

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