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2021-4-26 09:49 上傳
4月25日中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)傳來(lái)消息，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組近期將光存儲(chǔ)時(shí)間提升至1小時(shí)，大幅刷新2013年德國(guó)團(tuán)隊(duì)所創(chuàng)造的光存儲(chǔ)1分鐘世界紀(jì)錄，向?qū)崿F(xiàn)量子U盤邁出重要一步。該成果日前發(fā)表于《自然·通訊》。審稿人認(rèn)為：“該成果是一個(gè)巨大的成就�！�
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存儲(chǔ)方案示意圖
當(dāng)前，光纖網(wǎng)絡(luò)遍布全球，光已成為現(xiàn)代信息傳輸?shù)幕据d體。對(duì)光的捕獲及存儲(chǔ)，可以幫助人們更有效地利用光場(chǎng)。光速高達(dá)30萬(wàn)公里每秒，降低光速乃至讓光停留下來(lái)，是國(guó)際學(xué)術(shù)界孜孜以求的目標(biāo)。光的存儲(chǔ)在量子通信領(lǐng)域尤其重要，這是因?yàn)榛诠饬孔哟鎯?chǔ)可以構(gòu)建量子中繼，從而克服信道損耗建立起大尺度量子網(wǎng)絡(luò)。
量子U盤是解決遠(yuǎn)程量子通信的一種方案，即把光子存儲(chǔ)到超長(zhǎng)壽命量子存儲(chǔ)器中，然后通過(guò)直接運(yùn)輸量子U盤來(lái)傳輸量子信息。量子U盤在全球衛(wèi)星量子通信、甚長(zhǎng)基線干涉天文測(cè)量系統(tǒng)等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用前景。考慮到飛機(jī)和高鐵等速度，量子U盤的光存儲(chǔ)時(shí)間需要達(dá)到小時(shí)量級(jí)。
早在1999年，美國(guó)哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用冷原子氣體把光速降至17米每秒。
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2013年德國(guó)達(dá)姆施塔特大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用摻鐠硅酸釔晶體使得光停留了1分鐘，創(chuàng)下該領(lǐng)域的世界紀(jì)錄，然而這一光存儲(chǔ)時(shí)間仍遠(yuǎn)低于量子U盤的技術(shù)需求。
2015年澳大利亞國(guó)立大學(xué)團(tuán)隊(duì)在一階塞曼效應(yīng)為零（ZEFOZ）磁場(chǎng)下，觀察到摻銪硅酸釔晶體的核自旋相干壽命長(zhǎng)達(dá)6小時(shí)，讓人們看到了長(zhǎng)壽命光存儲(chǔ)的希望。然而由于對(duì)該材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)缺乏了解，至今未能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命光存儲(chǔ)。
李傳鋒、周宗權(quán)研究組2015年自制光學(xué)拉曼外差探測(cè)核磁共振譜儀，專門用于稀土離子摻雜晶體的能級(jí)結(jié)構(gòu)分析。依托該儀器，他們精確刻畫了摻銪硅酸釔晶體光學(xué)躍遷的完整哈密頓量，并在理論上預(yù)測(cè)了一階塞曼效應(yīng)為零磁場(chǎng)下的能級(jí)結(jié)構(gòu)。
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近期，該課題組結(jié)合理論預(yù)言，首次實(shí)驗(yàn)測(cè)定摻銪硅酸釔晶體在一階塞曼效應(yīng)為零磁場(chǎng)下的完整能級(jí)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合原子頻率梳量子存儲(chǔ)方案以及一階塞曼效應(yīng)為零技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的長(zhǎng)壽命存儲(chǔ)。其總存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1小時(shí)，且光的相位存儲(chǔ)保真度高達(dá)96.4 ± 2.5%。
這一成果將光存儲(chǔ)時(shí)間從分鐘量級(jí)推進(jìn)至小時(shí)量級(jí)，滿足了量子U盤對(duì)光存儲(chǔ)壽命指標(biāo)的基本需求。接下來(lái)，團(tuán)隊(duì)將通過(guò)優(yōu)化存儲(chǔ)效率及信噪比，有望實(shí)現(xiàn)量子U盤，從而可以基于經(jīng)典運(yùn)輸工具實(shí)現(xiàn)量子信息的傳輸，建立一種全新的量子信道。
來(lái)源：安徽日?qǐng)?bào)
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