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中国科大将光存储时间提升至1小时, 未来的应用方向有哪些?

2021-04-26 阅读:
光以每秒30万公里的速度运动,让“光”停下来是重要的科研问题,对光的捕获及存储可以帮助人们更有效地利用光场。中国科学技术大学25日在官网宣布了郭光灿院士团队

 

光以每秒30万公里的速度运动,让“光”停下来是重要的科研问题,对光的捕获及存储可以帮助人们更有效地利用光场。中国科学技术大学25日在官网宣布了郭光灿院士团队在光量子存储领域取得重要突破,将相干光的存储时间提升至1小时!大幅度刷新了向实现量子U盘迈出重要一步。y4Kednc

在实验中,光信号经历了光学激发、自旋激发、自旋保护脉冲等一系列操作后,被重新读取为光信号,总存储时间达到1小时,而且光的相位存储“保真度”高达96.4+2.5%。y4Kednc

"简单来说,我们就是用一块晶体把光存起来,一个小时后取出来发现,它的相位、偏振等状态信息还保存得很好。”光的状态信息很容易消失,这个研究大大延长了保存的时间,也因此有望催生一系列创新应用。y4Kednc

光存储的两个应用方向:

  • 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(量子U盘)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的速度,量子U盘的光存储时间需要达到小时量级。

下一步计划

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。y4Kednc

接下来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。y4Kednc

近期的理论研究表明,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。y4Kednc

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存储方案示意图,信号光场(probe)被梳状的原子吸收谱吸收,并被控制光场(control)存储为自旋激发,在射频(RF)场的操控下延长存储时间,最终读取为光信号。y4Kednc

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读出光脉冲信号强度与存储时间的关系。y4Kednc

论文第一作者是中科院量子信息重点实验室博士研究生马钰。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、安徽省以及中国科学院的资助。周宗权得到中科院青年创新促进会的资助。y4Kednc

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-22706-yy4Kednc

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责编:胡安y4Kednc

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