把「光」存儲1小時，中科大新研究破世界紀錄，保真度高達96.4% | Nature子刊
用特殊晶體“封印”
蕭簫 發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
把光“封印”1小時，放出來后還是“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米的光脈沖停下來，在厚度5mm的晶體中保存了1個小時，取出后的信號保真度還能達到96.4±2.5%的水平！
△摻銪硅酸釔晶體
這樣的存儲時間，直接打破了德國團隊之前將光存儲1分鐘的世界紀錄，還翻了60倍。
清華大學馬少平教授看后也表示：不明覺厲~
當然，對于大家更感興趣的“時光倒流”，中科大副教授周宗權在采訪中表示：
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，光存儲到底是怎么做到的？
將光變慢，用特殊晶體“封印”1小時
要想實現光的存儲，需要三個步驟：將光變慢、存儲光信號、讀取光信號。
第一步，將光變慢。
這一步并非最難的，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，這并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云，將光的速度降低到17米/秒。
這種原子云的狀態，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，例如用激光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，由于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），能夠被保存到晶體中。
第二步，就是存儲光信號了。
之前德國團隊采用了一種方法，把光存儲在一種名叫摻鐠硅酸釔晶體的物質中，讓它保存了1分鐘。
這種特殊的晶體具有磁誘導透明效應，在特殊激光的照射下，不會吸收特定頻率的光，也就是變得透明。
然后，再將要存儲的光送進晶體中，關閉特殊激光后，光信號就會被存儲在晶體中，其中就包括光的相位、偏振等狀態信息。
團隊成員周宗權表示，由于晶體中的原子不會離開晶格，只能在原位來回振蕩，因此能夠像漁網一樣將光場牢牢“抓住”。
但由于晶體自身的原因，這一過程有時間限制，德國團隊采用的摻鐠硅酸釔晶體，就只能將光存儲1分鐘，超過這個時間就會發生信號失真。
而這次中科大團隊采用的摻銪硅酸釔晶體，成功將存儲時間延長到了1小時。
這種晶體同樣具有磁誘導透明效應，再結合上團隊采用的原子頻率梳（AFC）量子存儲方案和 ZEFOZ 技術，最終成功實現了長時間的光存儲。
第三步，就是讀取光信號了。
這一步會重新將特殊激光照進晶體中，讓光信號被導出。
為了降低背景噪聲對光信號的影響，中科大團隊還在晶體外部加入了周期性翻轉信號，既能延長存儲時間、也能對光信號起到保護作用。
最終，被還原的光信號，存儲保真度達到96.4±2.5%，意味著中科大這一系統具有極高的相干光存儲潛力。
存儲后的光，究竟有什么用？
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盤是什么？
簡單來說，量子U盤是一種具有超長壽命，且能存儲光子的量子存儲器。
此前，我們要進行安全性高的地面量子通信，需要依靠遍布全球的光纖網絡。
然而光纖網絡會發生光損失，導致遠程量子通信難以實現。
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盤來傳輸量子信息了。
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信、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局限，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
對光存儲技術感興趣的小伙伴，可以戳下方地址查看~
論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-22706-y
參考鏈接：
[1]https://weibo.com/2803301701/KlvgQcgTg
[2]https://3g.163.com/dy/article_cambrian/G90P3MHN05346RC6.html
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