我国科学家将光存储时间提升至小时是怎么回事(将光储存1小时有什么意义)

最近在网上看到一条新闻，那就是"中国科学家将光的储存时间提高到1小时"天啊，这太强大了，所以边肖不得不问，这是怎么回事？光真的可以储存吗？它是如何储存的？这些问题也很有意思。我们来看看简单的拼图分析。

1.中国科学家把光存储时间提高到1小时后

发生了什么？

中国科学技术大学25日宣布，该校李传峰、周宗权研究团队近日成功将光存储时间提升至1小时，大幅刷新德国团队8年前创下的1分钟世界纪录，向实现量子u盘迈出重要一步。国际学术期刊《自然·通讯》近日发表了这一成果，审稿人认为"这是一个伟大的成就"。

光是现代信息传输的基本载体，光纤网络已经遍布全球。光存储在量子通信领域尤为重要，因为光量子存储可以用来构建量子中继，从而克服传输损耗，建立长距离通信网络。另一种远程量子通信解决方案是量子u盘，通过运输u盘来存储光子和传输量子信息。考虑到飞机和高铁的速度，量子u盘的光存储时间需要达到小时量级才能实用。

李传峰和周宗权课题组对这一领域的研究由来已久。2015年，他们研制了光学拉曼外差探测核磁共振谱仪，表征了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量。最近，他们在实验中取得了重大突破，将"原子频率梳"等技术，成功实现了光信号的长寿命存储。

在实验中，经过光激发、自旋激发、自旋保护脉冲等一系列操作。，光信号作为光信号重新读取，总存储时间达到1小时，光相位存储"保真"高达96.4±2.5%。

"简单来说，我们只是把光用晶体‘储存’起来，一个小时后拿出来发现它的相位、偏振等状态信息依然保存完好。"李传峰说，光的状态信息很容易消失，这项研究大大延长了保存时间，因此有望催生一系列创新应用。

比如，把两个相距很远的望远镜捕捉到的光保存起来放在一起"干扰"处理可以突破单个望远镜的尺寸限制，大大提高观测精度。

量子u盘对全球量子通信网络的建设具有重要意义。李传峰介绍，为了实现量子u盘，不仅高精度"保持光亮"，还要提高信噪比，这是他们下一步努力的方向。

2.光真的可以储存吗？

光真的可以储存。以前在国外可以保存一分钟，现在在国内可以保存一小时。

线是已知宇宙中最快的传播速度。在空气体与真理空中，光速接近每秒30万公里。但当通过一些透明介质，如水或玻璃时，光速会因为折射而稍微变慢。当然，这种减速是极其有限的，这个过程是不可能被人感知的。

然而，科学家们希望通过类似的效应来拦截、捕获和重新释放光，这是开发量子中继器的重要一步，也是未来构建强大的量子计算机和构建长距离量子通信的基础。事实上，在过去的研究中，光的传播速度不仅可以大大降低，还可以使光停止，停留时间已经从最初的稍纵即逝逐渐延长到数秒。最近，来自德国的科学家创造了一项纪录:他们使用一种特殊的晶体作为介质，将光转化为"拘留"时间持续了整整一分钟。

2.1，从千分之几秒到一分钟。

据《激光世界》网站近日报道，早在1999年，哈佛大学的研究人员就已经将光速减慢至每秒17米。他们用磁场将冷却到玻色-爱因斯坦凝聚态的小原子云悬浮在真空腔中，然后让一束光穿过原子云，观察到光速大大降低的现象。

此后，该团队不断调整其系统。在2001年的实验中，他们将一束光储存在另一个激光器中。传送带"事实上，我们成功地让光"停止"而不会破坏光子或扰乱它们的量子态。与此同时，来自哈佛-史密森天体物理中心的另一个团队通过使用超冷钠原子来存储和释放光能，实现了同样的目标。然而，两个实验都只停止了千分之几秒的光。只有让这个时间段超过几秒钟，我们才能找到一种方法，在稳定的介质中连贯地存储光能，就像在电容器或电池中存储电能一样。

今年年初，佐治亚理工学院的研究团队取得了新的突破。他们让一束光停留16秒。然而，研究人员也承认，为了建立一个洲际量子信息网络，需要将光存储至少几分钟，而不是几秒钟。

七月，"微小障碍"它是由达姆施塔特大学的研究人员破解的。他们用更稳定的介质取代了由电磁场维持的超冷原子云。这种介质是一种不透明的晶体，但激光照射可以暂时使其透明，光在这种晶体中还停留60秒。

"一分钟非常非常长。这确实是一个重要的里程碑。"《新科学家》杂志援引英国圣安德鲁斯大学显微解剖学专家托马斯·克劳斯的话说。

2.2，就这样"冻结"起床

德国研究人员选择了低温下掺杂镨的硅酸钇不透明晶体，这种晶体具有一种特征——电磁感应透明效应。具有这种效应的介质不会吸收某一频率的光，即介质在该频率的光下是透明的。

他们向晶体发射控制激光，引发晶体内部的量子级反应，使晶体透明。然后，他们用第二束光(可用于存储数据/图像)照射透明晶体。实验中存储了由三条水平线组成的简单图片)，然后关闭控制激光束使晶体再次不透明。这不仅使第二束光被困在晶体中，而且由于晶体的不透明性，使第二束光无法折射，即这一束光的传播停止。

因为没有出路，被俘获的光子的能量被晶体中的其他原子吸收，光子携带的图片信息也被转换成原子自旋激发。接下来，研究人员再次开启控制激光束，囚禁在晶体中的光再次被释放，原子自旋激发(也就是图片信息)再次被释放给光子。这些原子自旋激发可以保持相干性(数据完整性)一分钟左右，然后释放出来的光脉冲(或者存储在上面的图片)被扭曲。

2.3.因此光存储是可能的。

本质上，这一成果使得光存储成为可能，即光有望被用作存储和恢复数据的介质。量子计算机可以利用单个原子的量子态来存储数据，但是原子的量子相干性容易受到背景噪声的干扰。利用光子的量子态，即利用一束光的电磁场来存储数据，将使得通过光纤网络传输量子编码数据变得更加容易，从而为远程量子通信网络的建立提供保障。更重要的是，这项研究也可能为探索如何加速光提供思路。

德国研究团队表示，这次使用的晶体材料的潜力已经达到了极限。如果使用其他材料，如掺铕的硅酸钇，加上特定的磁场，数据存储时间可能会延长更长时间。然而，要将这项技术应用于现实世界的计算机，我们需要找到一种在室温下低噪声存储和传输光的方法。