刷新世界紀(jì)錄！中國科大科學(xué)家將光存儲(chǔ)時(shí)間提升至1小時(shí)

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(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年德國團(tuán)隊(duì)所創(chuàng)造的光存儲(chǔ)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(gè)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(duì)光的捕獲及存儲(chǔ)，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(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)。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(chǔ)到超長壽命量子存儲(chǔ)器中，然后通過直接運(yùn)輸量子U盤來傳輸量子信息。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)。

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(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)測了一階塞曼效應(yīng)為零（ZEFOZ）磁場下的能級(jí)結(jié)構(gòu)。

近期，該課題組結(jié)合理論預(yù)言首次實(shí)驗(yàn)測定摻銪硅酸釔晶體在ZEFOZ磁場下的完整能級(jí)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合原子頻率梳（AFC）量子存儲(chǔ)方案以及ZEFOZ技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的長壽命存儲(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)中，光信號(hào)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(hù)脈沖操作后，最終被讀取為光信號(hào)，總存儲(chǔ)時(shí)間長達(dá)1小時(shí)，且光的相位存儲(chǔ)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(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，他們將通過優(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。