1小时!光存储破纪录有望实现量子U盘

来源:《中国科学报》2021年04月27日

中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组近期将光存储时间提升至1小时,大幅刷新2013年德国团队创造的光存储1分钟的世界纪录,向实现量子U盘迈出重要一步。该成果日前发表于《自然—通讯》。审稿人认为,“该成果是一个巨大的成就。”

当前,光纤网络遍布全球,光已成为现代信息传输的基本载体。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2015年自制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,并在理论上预测了一阶塞曼效应为零(ZEFOZ)磁场下的能级结构。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,就是研究人员用一块晶体把光“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。

量子U盘在全球卫星量子通信、甚长基线干涉天文测量系统等领域均具有广泛应用。这一成果将光存储时间从分钟量级推进至小时量级,满足了量子U盘对光存储寿命指标的基本需求。接下来,研究人员将通过优化存储效率及信噪比,有望开发出量子U盘,从而基于经典运输工具实现量子信息的传输,建立一种全新的量子信道。

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