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    我國科學家將光存儲時間提升至1小時是怎么回事 光真的可以儲存嗎

    時間:2021-04-26 07:50:57來源:網絡作者:本站整理閱讀:

    最近在網上看到一則新聞,那就是“我國科學家將光存儲時間提升至1小時”,我的天啊,這個就太厲害了吧,那么小編也要問了,這到底是怎么回事呢?光真的能存儲嗎?關又是怎么儲存的呢?這些問題也非常的有意思,下面我們一起來簡單的解謎分析看看。

    1、我國科學家將光存儲時間提升至1小時是怎么回事

    中國科學技術大學25日發布消息,該校李傳鋒、周宗權研究組近期成功將光存儲時間提升至1小時,大幅刷新8年前德國團隊創造的1分鐘的世界紀錄,向實現量子U盤邁出重要一步。國際學術期刊《自然·通訊》日前發表了該成果,審稿人認為“這是一個巨大成就”。

    光是現代信息傳輸的基本載體,光纖網絡已遍布全球。光的存儲在量子通信領域尤其重要,因為用光量子存儲可以構建量子中繼,從而克服傳輸損耗建立遠程通信網。另一種遠程量子通信解決方案是量子U盤,即把光子保存起來,通過運輸U盤來傳輸量子信息??紤]到飛機和高鐵等運輸工具的速度,量子U盤的光存儲時間需要達到小時量級,才有實用價值。

    我國科學家將光存儲時間提升至1小時是怎么回事 光真的可以儲存嗎

    李傳鋒、周宗權研究組長期研究這一領域,他們2015年研制出光學拉曼外差探測核磁共振譜儀,刻畫了摻銪硅酸釔晶體光學躍遷的完整哈密頓量。近期,他們在實驗上取得重大突破,結合“原子頻率梳”等技術,成功實現光信號的長壽命存儲。

    在實驗中,光信號經歷了光學激發、自旋激發、自旋保護脈沖等一系列操作后,被重新讀取為光信號,總存儲時間達到1小時,而且光的相位存儲“保真度”高達96.4±2.5%。

    “簡單來說,我們就是用一塊晶體把光‘存起來’,一個小時后取出來發現,它的相位、偏振等狀態信息還保存得很好?!崩顐麂h說,光的狀態信息很容易消失,這個研究大大延長了保存的時間,也因此有望催生一系列創新應用。

    比如,將兩臺相距較遠的望遠鏡捕捉到的光,保存后放到一起進行“干涉”處理,可以突破單個望遠鏡的尺寸局限,大幅提升觀測的精度。

    量子U盤對構建全球量子通信網具有重要意義。李傳鋒介紹,為實現量子U盤,不僅要高精度的“留住光”,還要提升信噪比,這也是他們下一步努力的方向。

    2、光真的可以儲存嗎

    光真的可以被儲存,以前國外能儲存1分鐘,現在中國能光儲存1個小時。

    線是目前已知宇宙中傳播速度最快的,在空氣和真空中,光速接近每秒30萬千米;但在通過某些透明介質時,比如水或者玻璃,由于折射的關系,光速會稍微減慢,當然,這種減速極其有限,這一過程根本不可能被人們感知。

    不過,科學家希望通過類似的效應來攔截、捕獲并重新釋放光,這是研制量子中繼器的重要步驟,也是未來打造強大的量子計算機以及構建長距離量子通信的基礎。事實上,在過去的研究中,光的傳播速度不僅能夠被極大地降低,甚至還可以讓光停下,而停留的時間也從最初的轉瞬即逝,逐漸延長到以秒來衡量。而最近,來自德國的科學家更是創下紀錄:他們利用一種特殊晶體作為介質,將光“拘留”在內,時間持續了整整一分鐘。

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    2.1、從幾千分之一秒到分鐘的跨越

    據《激光世界》網站近日報道,早在1999年,哈佛大學的研究人員就已經使光速減慢到每秒17米。他們利用磁場讓一小團冷卻至玻色—愛因斯坦凝聚態的原子云懸浮在真空腔內,然后讓一束光通過原子云,便觀測到了光速大大降低的現象。

    此后,該團隊不斷調整自己的系統,在2001年的實驗中,他們將一束光儲存在另一束激光“傳送帶”上,成功做到了讓光“止步不前”,并且沒有摧毀光子或者擾亂它們的量子態。與此同時,另一個來自哈佛—史密森天體物理中心的團隊借助超冷鈉原子來存儲并釋放光能,也達到了同樣的目的。不過,這兩項實驗都只讓光的腳步停頓了幾千分之一秒。而只有讓這一時長達到秒級以上,才可能找到一種方法將光能相干存儲在一個穩定的介質中,就像將電能存儲在電容器或電池中一樣。

    今年年初,美國佐治亞理工學院的研究小組獲得新的突破,他們讓一束光停留了16秒的時間。但研究人員同時承認,要想構建洲際量子信息網絡,存儲光的時長至少需以分鐘計而非秒計。

    到了7月,“分鐘屏障”被德國達姆施塔特大學的研究人員打破。他們用一種更為穩定的介質來取代由電磁場保持的超冷原子云,這種介質是一種不透明的晶體,但激光照射可暫時將其變得透明,而光就在這種晶體中靜止了60秒。

    “一分鐘非常非常長。這的確是一個重要的里程碑?!薄缎驴茖W家》雜志援引英國圣安德魯斯大學微光子學專家托馬斯·克勞斯的話說。

    2.2、光是被這樣“封凍”起來的

    德國研究人員選擇的是低溫下摻有鐠的硅酸釔不透明晶體,其擁有一種特性——電磁誘導透明效應,有此效應的介質不會吸收某特定頻率的光,也就是說,該介質在這一頻率的光下是透明的。

    他們將一束控制激光射向晶體,觸發晶體內部量子級別的反應,使晶體變得透明。隨后,他們用第二束光(可用于存儲數據/圖像,實驗中存儲的是一幅由3條橫線構成的簡單圖片)照射透明的晶體,接著關閉控制激光束,讓晶體變回不透明狀。這不僅使第二束光被捕獲在晶體中,而且由于晶體不透明,第二束光無法發生折射,也就是說,這束光線的傳播停止了。

    由于無路可走,被俘光子的能量被晶體中的其他原子吸收,而光子攜帶的圖片信息也轉化成了原子自旋激發。接下來,研究人員重新開啟控制激光束,將被捕獲在晶體中的光線重新釋放出來,原子自旋激發(即圖片信息)也就重新釋放給光子。這些原子自旋激發可以保持相干性(數據完整性)的時間為一分鐘左右,之后釋放出的光脈沖(或存儲在上面的圖片)就失真了。

    我國科學家將光存儲時間提升至1小時是怎么回事 光真的可以儲存嗎

    2.3、光存儲由此成為可能

    從本質上說,這項成果使光存儲成為可能,即光線有望作為存儲和恢復數據的介質。量子計算機可以利用單個原子的量子態來存儲數據,但原子的量子相干性很容易受到背景噪音的干擾,而用光子的量子態,也就是用一束光的電磁場來存儲數據,會使通過光纖網絡傳輸量子編碼的數據更加容易,從而為遠程量子通信網絡的建立提供保障。更讓人期待的是,這項研究或許也可以給探索如何讓光加速提供思路。

    德國研究團隊表示,此次所用晶體材料的潛力已經發揮到了極限,如果改用其他材料,比如摻有銪的硅酸釔,再加上特定的磁場,數據存儲的時間將有可能延長得更久。但要將這項技術運用到現實世界中的計算機上,還需找到一種在室溫下低噪音儲存和傳輸光的方法。

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