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2021年04月28日
【光明日报】我科学家将光存储时间提升至1小时

本报合肥4月27日电(记者常河 通讯员桂运安)光存储如何实现?存储光信号的量子U盘离我们还有多远?中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组近期将光存储时间提升至1小时,大幅刷新2013年德国团队所创造的光存储1分钟的世界纪录,向实现量子U盘迈出重要一步。该成果日前发表于《自然·通讯》。审稿人认为:“该成果是一个巨大的成就。”

当前,光纤网络遍布全球,光已成为现代信息传输的基本载体。对光的捕获及存储,可以帮助人们更有效地利用光场。光速高达30万公里每秒,降低光速乃至让光停留下来,是国际学术界孜孜以求的目标。光的存储在量子通信领域尤其重要,这是因为基于光量子存储可以构建量子中继,从而克服信道损耗建立起大尺度量子网络。另一种远程量子通信的解决方案是量子U盘,即把光子存储到超长寿命量子存储器中,然后通过直接运输量子U盘来传输量子信息。考虑到飞机和高铁等速度,量子U盘的光存储时间需要达到小时量级。

李传锋、周宗权研究组2015年自制光学拉曼外差探测核磁共振谱仪,专门用于稀土离子掺杂晶体的能级结构分析。依托该仪器,他们精确刻画了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量,并在理论上预测了一阶塞曼效应为零磁场下的能级结构。

近期,该课题组结合理论预言首次实验测定掺铕硅酸钇晶体在塞曼效应为零磁场下的完整能级结构,并结合原子频率梳量子存储方案以及技术,成功实现光信号的长寿命存储。

实验中,光信号首先被原子频率梳吸收成为铕离子系综的光学激发,接着被转移为自旋激发,经历一系列自旋保护脉冲操作后,最终被读取为光信号,总存储时间长达1小时,且光的相位存储保真度高达96.4±2.5%。量子U盘在全球卫星量子通信、甚长基线干涉天文测量系统等领域均具有广泛应用。

据悉,这一成果将光存储时间从分钟量级推进至小时量级,满足了量子U盘对光存储寿命指标的基本需求。“接下来,我们将通过优化存储效率及信噪比,有望实现量子U盘,从而可以基于经典运输工具实现量子信息的传输,建立一种全新的量子信道。”李传锋说。

《光明日报》(2021年4月28日09版)

https://epaper.gmw.cn/gmrb/html/2021-04/28/nw.D110000gmrb_20210428_5-09.htm

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