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中國科研團隊研究 量子隨身碟有望面世

中國科大光存儲方案示意圖。(香港文匯網)
中國科大光存儲方案示意圖。(香港文匯網)

根據安徽合肥的中國科學技術大學消息,該校郭光燦院士團隊在光量子存儲領域取得重要突破。其團隊李傳鋒、周宗權研究組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,向實現量子隨身碟邁出重要一步。此成果日前發表在國際知名期刊《自然·通訊》上。

現今光纖網路遍布全球,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構建量子中繼,從而克服信道損耗建立起大尺度量子網路。另一種遠程量子通信的解決方案是量子隨身碟,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隨身碟來傳輸量子信息。考慮到飛機和高鐵等的速度,量子隨身碟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隨身碟的技術需求。2015年澳洲國立大學團隊在一階塞曼效應為零(ZEFOZ)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了解,至今未能實現長壽命光存儲。

中國科大李傳鋒、周宗權研究組長期致力於基於稀土離子摻雜晶體的固態量子存儲實驗研究。近期該課題組結合理論預言首次實驗測定摻銪硅酸釔晶體在ZEFOZ磁場下的完整能級結構。在此基礎上,研究組結合了原子頻率梳(AFC)量子存儲方案以及ZEFOZ技術,成功實現了光信號的長壽命存儲。

該工作將光存儲時間從分鐘量級推進至小時量級,滿足量子隨身碟對光存儲壽命指標的基本需求。接下來通過優化存儲效率及信噪比,有望實現量子隨身碟,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。量子隨身碟在全球衛星量子通信、甚長基線干涉天文測量系統等領域均具有廣泛應用。

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