刷新世界紀(jì)錄！中國科大科學(xué)家將光存儲時間提升至1小時
4月27日消息，從中國科大獲悉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組近期將光存儲時間提升至1小時，大幅刷新2013年德國團隊所創(chuàng)造的光存儲1分鐘的世界紀(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，“該成果是一個巨大的成就。”
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。對光的捕獲及存儲，可以幫助人們更有效地利用光場。光速高達(dá)30萬公里每秒，降低光速乃至讓光停留下來，是國際學(xué)術(shù)界孜孜以求的目標(biāo)。光的存儲在量子通信領(lǐng)域尤其重要，這是因為基于光量子存儲可以構(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)。另一種遠(yuǎn)程量子通信的解決方案是量子U盤，即把光子存儲到超長壽命量子存儲器中，然后通過直接運輸量子U盤來傳輸量子信息。考慮到飛機和高鐵等速度，量子U盤的光存儲時間需要達(dá)到小時量級。
李傳鋒、周宗權(quán)研究組2015年自制光學(xué)拉曼外差探測核磁共振譜儀，專門用于稀土離子摻雜晶體的能級結(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)測了一階塞曼效應(yīng)為零（ZEFOZ）磁場下的能級結(jié)構(gòu)。
近期，該課題組結(jié)合理論預(yù)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(jié)構(gòu)，并結(jié)合原子頻率梳（AFC）量子存儲方案以及ZEFOZ技術(shù)，成功實現(xiàn)光信號的長壽命存儲。
實驗中，光信號首先被AFC吸收成為銪離子系綜的光學(xué)激發(fā)，接著被轉(zhuǎn)移為自旋激發(fā)，經(jīng)歷一系列自旋保護脈沖操作后，最終被讀取為光信號，總存儲時間長達(dá)1小時，且光的相位存儲保真度高達(dá)96.4±2.5%。
量子U盤在全球衛(wèi)星量子通信、甚長基線干涉天文測量系統(tǒng)等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用。這一成果將光存儲時間從分鐘量級推進至小時量級，滿足了量子U盤對光存儲壽命指標(biāo)的基本需求。接下來，他們將通過優(yōu)化存儲效率及信噪比，有望實現(xiàn)量子U盤，從而可以基于經(jīng)典運輸工具實現(xiàn)量子信息的傳輸，建立一種全新的量子信道。
