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TUhjnbcbe - 2023/11/3 20:59:00
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光速是目前已知自然界中最快的速度,想要把它留住,其难度是非常大的。曾在年的时候,德国达姆施塔特大学研究人员利用掺镨硅酸钇晶体,成功地让光停住并储存了60秒,这一成果轰动世界,也让光存储从想象开始成为了现实。

但纪录终究会被刷新,近日,我国科学技术大学郭光灿院士团队成功地将光“封印”在特殊晶体中,而1小时后放出来的光,还是“活”的!光的相位存储“保真度”高达96.4±2.5%。此举被国际科学界誉为巨大的成就,这代表着我国在这一领域完全走在了世界最前列。

那么这么牛的科技,是如何实现的呢?首先来简单概括一下这个实验成果,郭光灿院士团队的李传锋、周宗权课题组,一直致力于晶体的固态量子存储实验研究,此次他们把一个米的光脉冲,让它停下来,并存储到一个5毫米厚的晶体中,过一个小时后再把它取出来,取出后它的相位、偏振等状态信息还保存得很好。

我们再来了解几个术语,以方便更好地了解实验过程:

光场:指光在每一个方向通过每一个点的光量。

光脉冲:就是光源按照一定时间间隔时断时续的发光。

激发:是在任意能级上能量的提升。

如何让光慢下来?

第一个解决的问题就是如何让光慢下来,甚至是静止下来。我们都知道光在真空中的速度为30万公里/秒,但在不同介质中光的速度是不一样的,而这个速度可以通过:光速除以介质的折射率得出。比如水的折射率是1.3,根据公式计算/1.3≈,那么光在水中的速度就约等于23万公里/秒。

基于这个原理,科研团队进行了人工调控折射率,使光在介质中的传输速度慢下来,而人工调控折射率关键在于介质材料的选择,本次实验中使用的材料为掺铕硅酸钇晶体(Eu3+:Y2SiO5)。

如何把光装进晶体中?

光脉冲的长度是由:光脉冲的传输速度乘以光脉冲时间宽度决定的,而光脉冲的传输速度与折射率有关,科研团队在实验中将折射率上调了几十万倍,相当于光速被降低了几十万倍,光速变慢了,也就是把它等效的空间长度也被缩短了,短到这个长度足以放到5毫米的晶体中。

如何将光保存一个小时?

让光变慢是实验的第一步,第二步就是要让光停止。科研团队通过把光场的激发转变成了一群原子的激发,这些原子就像一个渔网一样把这些光子给捕获住了,而原子是在晶体里面,它们被牢牢的束缚住,只能在晶体里面来回震荡,但是不能离开晶格当中的位置,用这样的方法就将光场给牢牢抓在晶体里面了。

把光留住具体有什么用?

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络。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,类似我们现在使用的普通U盘一样。

科技的发展关系到一个国家的兴衰,乃至全人类的命运。如今,我们中国在各个领域都取得了很大的进步,甚至是世界领先,看着祖国不断地变得繁荣昌盛,这是每一个身为中国人都感到自豪的事情,祝愿祖国再创佳绩!

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