近期,中国科学家郭光灿院士团队将光存储时间提升至1小时,刷新了2013年德国科学家团队创造的1分钟的世界纪录,向实现量子U盘迈出重要一步。量子U盘技术中用到的光存储和现有的光存储技术完全是两码事,它们的原理和实现难度差了不止十万八千里。
光,不仅可以作为照明工具,也是重要的信息媒介。作为重要指示信号的红绿灯和日常上网用的光纤,它们都是最常见的用光来传输信息的例子。光之所以能充当如此多变的信息媒介,本质上是因为光是一种电磁波。就像是我们手机发射的微波信号和收音机的无线电波一样,光作为电磁波也同样可以承载很多信息。
我们身边常见的CD-ROM等光盘就是一个典型的利用光进行信息存储的例子。
首先通过激光烧制光盘背面的特殊材料,在光盘上留下一个个“坑”。这样在光驱读取光盘信息的时候,激光光斑会扫描光盘表面的指定位置,没有“坑”的地方就会明显地反射光,这种状态对应于电路中的“通”,记为“1”;有“坑”的地方发生的反射不明显,对应电路中的“断”,记为“0”。这样在扫描的过程中就可以得到一系列包含“0”和“1”的信息串。通过这一原理,可以利用光对信息进行写入和读取。
说起量子,是很难用三言两语说清的,此处大家只要知道两个基本知识点即可:量子世界和宏观世界是完全不同的两个世界;宏观中能够利用的原理到了量子世界就可能完全失效。
其实,光、电、磁在本质上有很多相似的地方,在实际的量子应用中也经常同时出现,我们并非放弃了利用电和磁作为量子存储手段的技术路线,事实上目前的各种量子存储基本上都是光电磁的综合运用。就像前面所说,进入量子计算机和量子通讯的世界需要人类全力以赴,各种能够用上的技术目前都处在火热的开发阶段。目前来看,量子光存储与量子计算有着良好的匹配度,发展前景突出。
我们刚才说了介质其实就是物质,物质本质上都是原子组成的,理论上来说,光经过任何物质时都会发生上面描述的过程,这便是量子光存储所依赖的基本原理。需要注意的是,“存储”的并非是光本身,而是光的某些状态(或者说是性质),有点“雁过拔毛”的意思。
近期郭光灿院士团队就在此方面取得了重要突破,他们将量子光存储信息时间提升至1小时。这项研究也被刊登在了《自然·通讯》杂志上。上面提到的铕掺杂硅酸钇的铕离子系统可以很好地抵御环境中的磁场扰动,因此能够让量子光存储的稳定性大大提高。量子光存储的寿命虽然仅仅提高到了1小时,但是这短暂的1小时却是量子通讯和量子计算机技术发展的一大步。