德科學(xué)家成功讓光停留60秒：光存儲成可能

　　德國科學(xué)家成功讓光在晶體中停留60秒　

　　光線(xiàn)是目前已知宇宙中傳播速度最快的，在空氣和真空中，光速接近每秒30萬(wàn)千米;但在通過(guò)某些透明介質(zhì)時(shí)，比如水或者玻璃，由于折射的關(guān)系，光速會(huì )稍微減慢，當然，這種減速極其有限，這一過(guò)程根本不可能被人們感知。

　　不過(guò)，科學(xué)家希望通過(guò)類(lèi)似的效應來(lái)攔截、捕獲并重新釋放光，這是研制量子中繼器的重要步驟，也是未來(lái)打造強大的量子計算機以及構建長(cháng)距離量子通信的基礎。事實(shí)上，在過(guò)去的研究中，光的傳播速度不僅能夠被極大地降低，甚至還可以讓光停下，而停留的時(shí)間也從最初的轉瞬即逝，逐漸延長(cháng)到以秒來(lái)衡量。而最近，來(lái)自德國的科學(xué)家更是創(chuàng )下紀錄：他們利用一種特殊晶體作為介質(zhì)，將光“拘留”在內，時(shí)間持續了整整一分鐘。

　　從幾千分之一秒到分鐘的跨越

　　據《激光世界》網(wǎng)站近日報道，早在1999年，哈佛大學(xué)的研究人員就已經(jīng)使光速減慢到每秒17米。他們利用磁場(chǎng)讓一小團冷卻至玻色—愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)的原子云懸浮在真空腔內，然后讓一束光通過(guò)原子云，便觀(guān)測到了光速大大降低的現象。

　　此后，該團隊不斷調整自己的系統，在2001年的實(shí)驗中，他們將一束光儲存在另一束激光“傳送帶”上，成功做到了讓光“止步不前”，并且沒(méi)有摧毀光子或者擾亂它們的量子態(tài)。與此同時(shí)，另一個(gè)來(lái)自哈佛—史密森天體物理中心的團隊借助超冷鈉原子來(lái)存儲并釋放光能，也達到了同樣的目的。不過(guò)，這兩項實(shí)驗都只讓光的腳步停頓了幾千分之一秒。而只有讓這一時(shí)長(cháng)達到秒級以上，才可能找到一種方法將光能相干存儲在一個(gè)穩定的介質(zhì)中，就像將電能存儲在電容器或電池中一樣。

　　今年年初，美國佐治亞理工學(xué)院的研究小組獲得新的突破，他們讓一束光停留了16秒的時(shí)間。但研究人員同時(shí)承認，要想構建洲際量子信息網(wǎng)絡(luò )，存儲光的時(shí)長(cháng)至少需以分鐘計而非秒計。

　　到了7月，“分鐘屏障”被德國達姆施塔特大學(xué)的研究人員打破。他們用一種更為穩定的介質(zhì)來(lái)取代由電磁場(chǎng)保持的超冷原子云，這種介質(zhì)是一種不透明的晶體，但激光照射可暫時(shí)將其變得透明，而光就在這種晶體中靜止了60秒。

　　“一分鐘非常非常長(cháng)。這的確是一個(gè)重要的里程碑。”《新科學(xué)家》雜志援引英國圣安德魯斯大學(xué)微光子學(xué)專(zhuān)家托馬斯·克勞斯的話(huà)說(shuō)。

　　光是被這樣“封凍”起來(lái)的

　　德國研究人員選擇的是低溫下?lián)接戌挼墓杷後惒煌该骶w，其擁有一種特性——電磁誘導透明效應，有此效應的介質(zhì)不會(huì )吸收某特定頻率的光，也就是說(shuō)，該介質(zhì)在這一頻率的光下是透明的。

　　他們將一束控制激光射向晶體，觸發(fā)晶體內部量子級別的反應，使晶體變得透明。隨后，他們用第二束光(可用于存儲數據/圖像，實(shí)驗中存儲的是一幅由3條橫線(xiàn)構成的簡(jiǎn)單圖片)照射透明的晶體，接著(zhù)關(guān)閉控制激光束，讓晶體變回不透明狀。這不僅使第二束光被捕獲在晶體中，而且由于晶體不透明，第二束光無(wú)法發(fā)生折射，也就是說(shuō)，這束光線(xiàn)的傳播停止了。

　　由于無(wú)路可走，被俘光子的能量被晶體中的其他原子吸收，而光子攜帶的圖片信息也轉化成了原子自旋激發(fā)。接下來(lái)，研究人員重新開(kāi)啟控制激光束，將被捕獲在晶體中的光線(xiàn)重新釋放出來(lái)，原子自旋激發(fā)(即圖片信息)也就重新釋放給光子。這些原子自旋激發(fā)可以保持相干性(數據完整性)的時(shí)間為一分鐘左右，之后釋放出的光脈沖(或存儲在上面的圖片)就失真了。

　　光存儲由此成為可能

　　從本質(zhì)上說(shuō)，這項成果使光存儲成為可能，即光線(xiàn)有望作為存儲和恢復數據的介質(zhì)。量子計算機可以利用單個(gè)原子的量子態(tài)來(lái)存儲數據，但原子的量子相干性很容易受到背景噪音的干擾，而用光子的量子態(tài)，也就是用一束光的電磁場(chǎng)來(lái)存儲數據，會(huì )使通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò )傳輸量子編碼的數據更加容易，從而為遠程量子通信網(wǎng)絡(luò )的建立提供保障。更讓人期待的是，這項研究或許也可以給探索如何讓光加速提供思路。

　　德國研究團隊表示，此次所用晶體材料的潛力已經(jīng)發(fā)揮到了極限，如果改用其他材料，比如摻有銪的硅酸釔，再加上特定的磁場(chǎng)，數據存儲的時(shí)間將有可能延長(cháng)得更久。但要將這項技術(shù)運用到現實(shí)世界中的計算機上，還需找到一種在室溫下低噪音儲存和傳輸光的方法。