“留光”1小时 我国科学家刷新世界纪录迈向量子U盘

近日据新华社报道，光以每秒 30 万公里的速度运动，让它“慢下来”乃至“停留下来”，是重要的科研问题。

中国科学技术大学于4月25日发布消息，该校李传锋、周宗权研究组近期成功将光存储时间提升至1小时，大幅刷新8年前德国团队创造的1分钟的世界纪录，向实现量子U盘迈出重要一步。国际学术期刊《自然・通讯》日前发表了该成果，审稿人认为“这是一个巨大成就”。

光是现代信息传输的基本载体，光纤网络已遍布全球。光的存储在量子通信领域尤其重要，因为用光量子存储可以构建量子中继，从而克服传输损耗建立远程通信网。另一种远程量子通信解决方案是量子U盘，即把光子保存起来，通过运输U盘来传输量子信息。考虑到飞机和高铁等运输工具的速度，量子U盘的光存储时间需要达到小时量级，才有实用价值。

李传锋、周宗权研究组长期研究这一领域，他们2015年研制出光学拉曼外差探测核磁共振谱仪，刻画了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量。近期，他们在实验上取得重大突破，结合“原子频率梳”等技术，成功实现光信号的长寿命存储。

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%。

“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。”李传锋说，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。比如将两台相距较远的望远镜捕捉到的光，保存后放到一起进行“干涉”处理，可以突破单个望远镜的尺寸局限，大幅提升观测的精度。

量子U盘对构建全球量子通信网具有重要意义。李传锋介绍，为实现量子U盘，不仅要高精度的“留住光”，还要提升信噪比，这也是他们下一步努力的方向。

▲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。

▲读出光脉冲信号强度与存储时间的关系。