把「光」儲存1小時，中科大新研究破世界紀錄，保真度高達96.4%

蕭簫 發自 凹非寺量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

把光「封印」1小時，放出來後還是「活」的，這可能嗎？

現在，來自中科大的郭光燦院士團隊真的做到了。

他們將600米的光脈衝停下來，在厚度5mm的晶體中儲存了1個小時，取出後的訊號保真度還能達到96.4±2.5%的水平！

△摻銪矽酸釔晶體

這樣的儲存時間，直接打破了德國團隊之前將光儲存1分鐘的世界紀錄，還翻了60倍。

清華大學馬少平教授看後也表示：不明覺厲~

當然，對於大家更感興趣的「時光倒流」，中科大副教授周宗權在採訪中表示：

根據相對論，要想實現時間倒流，需要運動的速度比光速更快。這項實驗沒有改變真空光速，因此沒有打破相對論，不能實現時空倒流。

網友：手動艾特推翻相對論的那位教授（狗頭）

所以，光儲存到底是怎麼做到的？

將光變慢，用特殊晶體「封印」1小時

要想實現光的儲存，需要三個步驟：將光變慢、儲存光訊號、讀取光訊號。

第一步，將光變慢。

這一步並非最難的，只需要人工將介質的折射率調控到原來的幾十萬倍，就能讓光在介質中「慢」下來。

當然，這並不是要去找一個折射率巨大的介質，而是需要通過某些「特殊手段」將折射率放大。

例如，哈佛大學在1997年就曾經利用一種接近絕對零度的超流性氣態原子雲，將光的速度降低到17米/秒。

這種原子雲的狀態，被稱為玻色-愛因斯坦凝聚態。在這種特性下，原子的特性會發生許多變化，例如用鐳射就能使其折射率驟增，導致光速驟減，達到每秒幾米甚至凍結。

這時候，由於光的速度已經非常慢了，因此光的等效長度就會變短（光波長度=介質光速×時間長度），能夠被儲存到晶體中。

第二步，就是儲存光訊號了。

之前德國團隊採用了一種方法，把光儲存在一種名叫摻鐠矽酸釔晶體的物質中，讓它儲存了1分鐘。

這種特殊的晶體具有磁誘導透明效應，在特殊鐳射的照射下，不會吸收特定頻率的光，也就是變得透明。

然後，再將要儲存的光送進晶體中，關閉特殊鐳射後，光訊號就會被儲存在晶體中，其中就包括光的相位、偏振等狀態資訊。

團隊成員周宗權表示，由於晶體中的原子不會離開晶格，只能在原位來回振盪，因此能夠像漁網一樣將光場牢牢「抓住」。

但由於晶體自身的原因，這一過程有時間限制，德國團隊採用的摻鐠矽酸釔晶體，就只能將光儲存1分鐘，超過這個時間就會發生訊號失真。

而這次中科大團隊採用的摻銪矽酸釔晶體，成功將儲存時間延長到了1小時。

這種晶體同樣具有磁誘導透明效應，再結合上團隊採用的原子頻率梳（AFC）量子儲存方案和 ZEFOZ 技術，最終成功實現了長時間的光儲存。

第三步，就是讀取光訊號了。

這一步會重新將特殊鐳射照進晶體中，讓光訊號被匯出。

為了降低背景噪聲對光訊號的影響，中科大團隊還在晶體外部加入了週期性翻轉訊號，既能延長儲存時間、也能對光訊號起到保護作用。

最終，被還原的光訊號，儲存保真度達到96.4±2.5%，意味著中科大這一系統具有極高的相干光儲存潛力。

儲存後的光，究竟有什麼用？

離實現量子U盤更近了

郭光燦院士團隊表示，下一步將計劃實現一個光的量子U盤。

量子U盤是什麼？

簡單來說，量子U盤是一種具有超長壽命，且能儲存光子的量子儲存器。

此前，我們要進行安全性高的地面量子通訊，需要依靠遍佈全球的光纖網路。

然而光纖網路會發生光損失，導致遠端量子通訊難以實現。

如果能實現量子U盤，就不需要再建立量子中繼，而能夠直接通過運輸量子U盤來傳輸量子資訊了。

到時候，無論是用卡車還是飛機，都能將量子U盤帶著到處跑。

不僅如此，量子U盤在全球衛星量子通訊、甚長基線干涉天文測量系統等領域也都能夠被廣泛應用。

簡單來說，如果將兩臺望遠鏡捕捉到的光放在一起處理，就能突破單個望遠鏡的尺寸侷限，大幅提升觀測精度。

嗯，有點期待了。

團隊介紹

目前，這篇論文已經登上了《自然·通訊》，作者均來自郭光燦院士團隊。

從左至右，依次為團隊中的周宗權、馬鈺、李傳鋒：

△圖源：新華社

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