日前，中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组近期将光存储时间提升至1小时，大幅刷新年德国团队所创造的光存储1分钟世界纪录，向实现量子U盘迈出重要一步。该成果日前发表于《自然·通讯》。审稿人认为：“该成果是一个巨大的成就。”
存储方案示意图
什么是量子U盘？
当前，光纤网络遍布全球，光已成为现代信息传输的基本载体。对光的捕获及存储，可以帮助人们更有效地利用光场。光速高达30万公里每秒，降低光速乃至让光停留下来，是国际学术界孜孜以求的目标。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。
量子U盘是解决远程量子通信的一种方案，即把光子存储到超长寿命量子存储器中，然后通过直接运输量子U盘来传输量子信息。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前景。考虑到飞机和高铁等速度，量子U盘的光存储时间需要达到小时量级。
全球科学家们都在为实现量子U盘而努力：
早在年，美国哈佛大学团队利用冷原子气体把光速降至17米每秒。
年德国达姆施塔特大学团队利用掺镨硅酸钇晶体使得光停留了1分钟，创下该领域的世界纪录，然而这一光存储时间仍远低于量子U盘的技术需求。
年澳大利亚国立大学团队在一阶塞曼效应为零（ZEFOZ）磁场下，观察到掺铕硅酸钇晶体的核自旋相干寿命长达6小时，让人们看到了长寿命光存储的希望。然而由于对该材料的能级结构缺乏了解，至今未能实现长寿命光存储。
李传锋、周宗权研究组年自制光学拉曼外差探测核磁共振谱仪，专门用于稀土离子掺杂晶体的能级结构分析。依托该仪器，他们精确刻画了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量，并在理论上预测了一阶塞曼效应为零磁场下的能级结构。
近期，该课题组结合理论预言，首次实验测定掺铕硅酸钇晶体在一阶塞曼效应为零磁场下的完整能级结构，并结合原子频率梳量子存储方案以及一阶塞曼效应为零技术，成功实现光信号的长寿命存储。其总存储时间长达1小时，且光的相位存储保真度高达96.4±2.5%。
这一成果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。接下来，团队将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。
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在量子信息产业领域，中国科大潘建伟、郭光灿、杜江峰三院士组成的量子科技“GDP”国家队，已在区孵化设立了国盾量子、本源量子和国仪量子公司，分别开展量子通信、量子计算和量子精密测量的研发和产业化。墨子号实验卫星、光量子计算原型机“九章”的关键研发环节在区完成，国内首台超导量子计算原型机“悟源”、中国首款量子计算机操作系统“司南”诞生于此，已经基本形成每季度都有重大成果问世的生动局面。
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信息来源：安徽日报、安徽交通广播
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