“迈向“量子U盘”重要一步！我国科学家将光存储时间从1分钟提升至1小时，大幅刷新世界纪录”

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据中国科学技术大学官网消息，该校郭光灿院士团队在光量子存储行业取得了重要突破。 该队李传锋、周宗权研究小组将相干光的保存时间提高到1小时，大幅刷新了全年德国队光保存时间1分钟的世界纪录，为量子u盘的实现迈出了重要的一步。 该成果于4月22日发表在国际知名期刊《自然通讯》上。

图片来源:中国科学技术大学官网截图

目前，光纤互联网遍布全球，光已成为现代新闻传输的基本载体。 光的捕获和储存可以帮助人们更好地利用光场。 光速达到30万公里每秒，降低光速、停留光线是国际学术界追求的目标。 的存储在量子通信行业尤为重要。 这是因为，可以基于光量子存储构建量子中继，克服信道损耗，建立大尺度的量子互联网。 另一种远程量子通信的处理方案是量子USB存储器，将光子保存在超长寿命量子存储器(量子USB存储器)中，通过直接输送量子USB存储器来传输量子新闻。 考虑到飞机和高铁等的速度，量子u盘的光保存时间需要达到时间数量级。

1999年，美国哈佛大学队利用冷原子气体将光速降至17米每秒。 年德国达姆施塔特大学团队利用加入镨的硅酸钇晶体使光停留一分钟，创下了行业世界纪录，但这种光的保存时间远远低于量子USB存储器的技术诉求。 年，澳大利亚国立大学团队注意到，在零一次塞曼效应( zefoz )磁场下，掺铕硅酸钇晶体的核自旋干涉寿命达到了6小时，向人们展示了长寿命光储存的希望。 但是，由于对该材料的能级结构了解不够，至今未能实现长寿命的光记忆。

李传锋、周宗权研究小组长花了很长时间致力于基于稀土离子掺杂晶体的固体量子存储实验研究。 研究小组于2007年自制了光学拉曼外差探测核磁共振波谱仪，专门用于稀土离子掺杂晶体的能级结构的分解。 根据其装置，研究小组准确描述了带铕硅酸钇晶体光学跃迁的完美哈密顿量，从理论上预测了zefoz磁场下的能级结构[ Journalofluminescence 802，32 ( ]。 最近，课题组结合理论，预言首次实验测量掺铕硅酸钇晶体在zefoz磁场下的完全能级结构。 基于此，研究小组将原子频率梳( afc )量子存储方案与zefoz技术相结合，成功地实现了光信号的长寿命存储。 实验中的光信号首先被afc吸收，成为铕离子系统综合的光学激励，然后转入自旋激励，经过一系列自旋保护脉冲操作后，最终作为光信号读取，总存储时间长达1个小时。 通过加载相位编码，实验证实，经过1小时的记忆后，光的相位记忆保真度高达96.4 ± 2.5%。 这些结果表明，该装置具有很强的相干光存储能力和量子态存储的潜力。

该业务将光存储时间从分量级推进到时间级，满足了量子USB存储器对光存储寿命指标的基本诉求。 其次，通过优化存储效率和信噪比，有望实现量子u盘，可以基于经典运输手段实现量子新闻的传输，建立新的量子通道。 最新理论研究表明，量子u盘广泛应用于全球卫星量子通信、甚长基线干涉天文测量系统等行业。

这项工作被审稿人高度评价为“该成果是一大成果( a huge achievement )”。 “这项工作让我等了很久。 年澳大利亚国立大学团队报告了加入铕的硅酸钇晶体在zefoz磁场下具有6小时的自旋干涉寿命， 实际的光信号保存能力到现在终于得到了说明( sincetheanugroupshowedintheirseminalpaperthatthesamematerialusedinthecurrentwork，欧盟: yso， canmaintainspincoherencefor6hoursunderazefozfieldandusingdynamicaldecoupling.actualopticalstorageintheseconditionshasprovenenes

存储计划的图像是信号光场( probe )被梳形的原子吸收光谱吸收，作为自旋激励存储在控制光场)中，通过射频) rf )场的操作延长存储时间，最终作为光信号读取。

读出光脉冲信号的强度和存储时间的关系。

论文的第一作者是中科院量子新闻要点实验室博士马钰。 该项事业得到科技部、国家自然科学基金委员会、安徽省和中科院的资助。 周宗权得到中国科学院青年创新促进会的资助。

论文链接:国家/地区/ s 41467-021-22706-y

封面照片来源:照片网