“留光”1 小時，我國科學家重新整理世界紀錄邁向“量子 U 盤”
4 月 25 日訊息 據新華社報道，光以每秒 30 萬公里的速度運動，讓它“慢下來”乃至“停留下來”，是重要的科研問題。
中國科學技術大學 4 月 25 日釋出訊息，該校李傳鋒、周宗權研究組近期成功將光儲存時間提升至 1 小時，大幅重新整理 8 年前德國團隊創造的 1 分鐘的世界紀錄，向實現量子 U 盤邁出重要一步。國際學術期刊《自然・通訊》日前發表了該成果，審稿人認為“這是一個巨大成就”。
光是現代資訊傳輸的基本載體，光纖網路已遍佈全球。光的儲存在量子通訊領域尤其重要，因為用光量子儲存可以構建量子中繼，從而克服傳輸損耗建立遠端通訊網。另一種遠端量子通訊解決方案是量子 U 盤，即把光子儲存起來，通過運輸 U 盤來傳輸量子資訊。考慮到飛機和高鐵等運輸工具的速度，量子 U 盤的光儲存時間需要達到小時量級，才有實用價值。
李傳鋒、周宗權研究組長期研究這一領域，他們 2015 年研製出光學拉曼外差探測核磁共振譜儀，刻畫了摻銪矽酸釔晶體光學躍遷的完整哈密頓量。近期，他們在實驗上取得重大突破，結合“原子頻率梳”等技術，成功實現光訊號的長壽命儲存。
在實驗中，光訊號經歷了光學激發、自旋激發、自旋保護脈衝等一系列操作後，被重新讀取為光訊號，總儲存時間達到 1 小時，而且光的相位儲存“保真度”高達 96.4±2.5%。
“簡單來說，我們就是用一塊晶體把光‘存起來’，一個小時後取出來發現，它的相位、偏振等狀態資訊還儲存得很好。”李傳鋒說，光的狀態資訊很容易消失，這個研究大大延長了儲存的時間，也因此有望催生一系列創新應用。
比如，將兩臺相距較遠的望遠鏡捕捉到的光，儲存後放到一起進行“干涉”處理，可以突破單個望遠鏡的尺寸侷限，大幅提升觀測的精度。
獲悉，報道稱，量子 U 盤對構建全球量子通訊網具有重要意義。李傳鋒介紹，為實現量子 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。
▲儲存方案示意圖，訊號光場（probe）被梳狀的原子吸收譜吸收，並被控制光場（control）儲存為自旋激發，在射頻（RF）場的操控下延長儲存時間，最終讀取為光訊號。
▲讀出光脈衝訊號強度與儲存時間的關係。