稀土提升光存儲時間

據瞭解，中國科學技術大學研究者成功使用含有稀土元素銪的晶體將相干光的存儲時間提升至1小時，大幅度刷新了2013年德國團隊光存儲1分鐘的世界紀錄，向實現量子U盤邁出重要一步。

光的存儲在量子通信領域尤其重要，這是因爲基于光量子存儲可以構建量子中繼，從而克服信道損耗建立起大尺度量子網絡。另外，遠程量子通信的解决方案是量子U盤，即將光子存儲在超長壽命量子U盤中，然後通過直接運輸量子U盤來傳輸量子信息。爲了進一步提高光場的利用率，降低光速乃至讓光停留下來已成爲國際學術界一直追求的目標。

在1999年，美國哈佛大學團隊利用冷原子氣體把光速降至17米每秒；2013年德國達姆施塔特大學團隊利用摻鐠矽酸釔晶體使得光停留了1分鐘，創下該領域的世界紀錄，但是這一光存儲時間仍遠低于量子U盤的技術需求；2015年澳大利亞國立大學團隊在一階塞曼效應爲零磁場（ZEFOZ）下，觀察到摻銪矽酸釔晶體的核自旋相干壽命能長達6小時，讓人們看到了長壽命光存儲的希望，但是由于對該材料的能級結構缺乏瞭解，至今未能實現長壽命光存儲。

2015年，中國科學技術大學研究者就自製了光學拉曼外差探測核磁共振譜儀，專門用于稀土離子摻雜晶體的能級結構分析。依托該儀器，他們精確刻畫了摻銪矽酸釔晶體光學躍遷的完整哈密頓量，幷在理論上預測了ZEFOZ磁場下的能級結構。

實驗表明，摻銪矽酸釔晶體在ZEFOZ磁場下的完整能級結構，幷結合原子頻率梳（AFC）量子存儲方案以及ZEFOZ技術，成功實現了光信號的長壽命存儲。光信號首先被AFC吸收成爲銪離子系綜的光學激發，接著被轉移爲自旋激發，經歷一系列自旋保護脉衝操作後，最終被讀取爲光信號，總存儲時間長達1小時，且光的相位存儲保真度高達96.4±2.5%。

該研究成果將光存儲時間從分鐘量級推進至小時量級，滿足了量子U盤對光存儲壽命指標的基本需求。

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