【為什麼我們要挑選這篇文章】「光」可以被儲存！近日，中國科學家將光存在特殊晶體中長達 1 小時，打破德國先前 1 分鐘的紀錄。這個技術，可以用來打造量子隨身碟，實現遠端量子通訊。聽起來好科幻啊！（責任編輯：郭家宏）
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作者：量子位
把光「封印」1 小時，放出來後還是「活」的，這可能嗎？
現在，來自中科大（中國科學技術大學）的郭光燦院士團隊真的做到了。
他們將 600 米的光脈衝停下來，在厚度 5 mm 的晶體中保存了 1 個小時，取出後的信號保真度還能達到 96.4 ± 2.5% 的水平！
這樣的儲存時間，直接打破了德國團隊之前將光儲存 1 分鐘的世界紀錄，還翻了 60 倍。
（北京）清華大學馬少平教授看後也表示：不明覺厲
當然，對於大家更感興趣的，「時光倒流」，中科大副教授周宗權在採訪中表示：
根據相對論，要想實現時間倒流，需要運動的速度比光速更快。這項實驗沒有改變真空光速，因此沒有打破相對論，不能實現時空倒流。
所以，光儲存到底是怎麼做到的？
將光速變慢，用特殊晶體儲存 1 小時
要想實現光的儲存，需要三個步驟：將光變慢、儲存光信號、讀取光信號。
第一步，將光變慢。
這一步並非最難的，只需要人工將介質的折射率調控到原來的幾十萬倍，就能讓光在介質中「慢」下來。
當然，這並不是要去找一個折射率巨大的介質，而是需要透過某些「特殊手段」將折射率放大。
例如，哈佛大學在 1997 年就曾經利用一種接近絶對零度的超流性氣態原子雲，將光的速度降低到 17 公尺/秒。
這種原子雲的狀態，被稱為玻色 – 愛因斯坦凝聚態。在這種特性下，原子的特性會發生許多變化，例如用雷射光就能使其折射率驟增，導致光速驟減，達到每秒幾公尺甚至凍結。
這時候，由於光的速度已經非常慢了，因此光的等效長度就會變短（光波長度 = 介質光速 × 時間長度），能夠被保存到晶體中。
第二步，就是儲存光信號了。
之前德國團隊採用了一種方法，把光儲存在一種名叫摻鐠矽酸釔晶體的物質中，讓它保存了 1 分鐘。
這種特殊的晶體具有磁誘導透明效應，在特殊雷射光的照射下，不會吸收特定頻率的光，也就是變得透明。
然後，再將要儲存的光送進晶體中，關閉特殊雷射光後，光信號就會被儲存在晶體中，其中就包括光的相位、偏振等狀態信息。
團隊成員周宗權表示，由於晶體中的原子不會離開晶格，只能在原位來回振盪，因此能夠像漁網一樣將光場牢牢「抓住」。
但由於晶體自身的原因，這一過程有時間限制，德國團隊採用的摻鐠矽酸釔晶體，就只能將光儲存 1 分鐘，超過這個時間就會發生信號失真。
而這次中科大團隊採用的摻銪矽酸釔晶體，成功將儲存時間延長到了 1 小時。
這種晶體同樣具有磁誘導透明效應，再結合上團隊採用的原子頻率梳（AFC）量子儲存方案和 ZEFOZ 技術，最終成功實現了長時間的光儲存。
第三步，就是讀取光信號了。
這一步會重新將特殊雷射光照進晶體中，讓光信號被導出。
為了降低背景雜訊對光信號的影響，中科大團隊還在晶體外部加入了週期性翻轉信號，既能延長儲存時間、也能對光信號起到保護作用。
最終，被還原的光信號，儲存保真度達到 96.4 ± 2.5%，意味著中科大這一系統具有極高的相干光儲存潛力。
存儲後的光，究竟有什麼用？
該技術能用於量子隨身碟，實現遠端量子通訊
郭光燦院士團隊表示，下一步將計劃實現一個光的量子隨身碟。
量子隨身碟是什麼？
簡單來說，量子隨身碟是一種具有超長壽命，且能存儲光子的量子儲存器。
此前，我們要進行安全性高的地面量子通信，需要依靠遍佈全球的光纖網路。
然而光纖網路會發生光損失，導致遠程量子通信難以實現。
如果能實現量子隨身碟，就不需要再建立量子中繼，而能夠直接通過運輸量子隨身碟來傳輸量子信息了。
到時候，無論是用卡車還是飛機，都能將量子隨身碟帶著到處跑。
不僅如此，量子隨身碟在全球衛星量子通信、甚長基線干涉天文測量系統等領域也都能夠被廣泛應用。
簡單來說，如果將兩台望遠鏡捕捉到的光放在一起處理，就能突破單個望遠鏡的尺寸侷限，大幅提升觀測精度。
嗯，有點期待了。
目前，這篇論文已經登上了《自然．通訊》，作者均來自郭光燦院士團隊。
從左至右，依次為團隊中的周宗權、馬鈺、李傳鋒：
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參考連結
（本文經 AI 新媒體量子位 授權轉載，並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題，原文標題為〈把「光」存储1小时，中科大新研究破世界纪录，保真度高达96.4% | Nature子刊〉。首圖來源：flickr CC Licensed）
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