中国科学家做到了！将光存储时间提升至1小时，打破世界纪录

中国将光存储时间提升至1小时，光真的是可以储存的吗？存储光又需要什么样的条件？又该如何让光停下来？让我们走进今天的主题：中国1小时“光”存储。----引子

大家好，我是大牛。提到光，大家一点都不陌生，像阳光那样，是人类赖以生存的基本条件之一，又或者是灯光，是人类摆脱黑暗实现照明的存在，但是，对于光我们都知道，光线的传播都是运动的，我们可以看得见，感受得到，但是无法把光握在手里，更无法把明媚的阳光用盒子保存起来，兴趣来了的时候打开欣赏一下，这个有些科幻甚至是玄幻的消息，在4月25日终于被证实。中国的科学家成功将光存储了1个小时，这究竟是怎么一回事？

图片素材来源于网络

光存储消息的传出

在4月25日这天，中国科学技术大学官网发布了一则消息，消息的内容就是中国科学技术大学的郭光灿院士带领的团队，在光量子存储领域实现了重大突破，团队中的李传峰和周宗权的研究小组，成功将相干光的存储时间提升至1小时，向着实现量子U盘的方向迈出了关键一步。简简单单的几句话，囊括了我们本期视频的全部内容：光量子领域、光的存储、以及量子U盘，还有围绕着这三点延伸出来的种种问题，大牛会为大家一一解读，让大家认识到这一成果的伟大之处。

图片素材来源于网络

光量子领域

首先我们要明确一点，光不仅仅可以用来照明，也可以用来传递消息。举个最简单的例子，像我们日常生活中经常遇到的红绿灯，又或者是我们上网常用到的光纤，这些都是用光来传输信息的。而光之所以能够成为多变的信息媒介，主要是因为光也是一种电磁波，像我们平时手机发出的微波信号，或者是收音机接收的无线电波一样，既然是电磁波，光也同样可以用来承载信息。而光子又叫做光量子，是电磁辐射的载体，所以用光来传递信息进行通信，就具备速度快，传输稳定的特点。

图片素材来源于网络

不仅如此，相对于传统的通信方式，量子通讯最大的特点就是它的安全性这里大牛简单说一下，相比传统的通信信号，一般都是依靠电信号，或者是电磁波传输数据，传输途中很容易被捕获，即使是有密码的保护，再经过一段时间的收发信息，也会因为加密方式单一的原因被破解。但如果是量子通信，因为利用量子叠加态和纠缠效应，再根据量子力学的特点，使得这种全新的通讯方式，有着无法被窃听，无法被破解的超高的安全性，所以说量子通信是未来主要的信息传输方式。不过，量子通信有两种方式可以实现，一种是借助量子网络，另外一种是量子U盘，这又有什么不同呢？

图片素材来源于网络

量子U盘

那为什么要用量子U盘来传递信息呢？因为记录信息的光子，如果用光纤传输的话，光子再通过光纤的时候，损耗是特别严重的，打个比方，如果要传送100公里的距离，可能最后只有1%的光子能成功通过光纤的传递，当传送距离达到500公里的时候，最后能通过光纤的光子只有100亿分之一，所以说，光子在光纤的传播中损耗是呈指数级增长的，这也就是说，利用传统的光纤，是不能实现长距离量子通信的。

图片素材来源于网络

为了解决这一难题，实现远距离的量子通讯技术，科学家们提出了需要一种可靠的载体，能将光信号长时间存储起来的想法，那就是我们之前所到的“量子U盘”。这里大牛也为大家解释一下，量子U盘并不是把光量子存起来，而是把光量子的状态转化成另外一种原子的状态，最后是把原子存起来。如果想要读取数据，就需要特殊的装置，经过一系列操作将原子的状态转化成为相应的光子，然后进行数据的获取。所以说，读取时用到的光量子，和存储进去的光量子，是两种不同的状态。这样面临的第一个难题，就是如何控制两种状态下的光量子在转化的过程中，要尽量保持相似，才能尽可能地达到存储信息的目的。

图片素材来源于网络

光存储

这里，我们首次提到了光存储，也提到了光存储的第一个难点，还有另外一个难点，就是对于光存储的时间提出了更高的要求，科学家们发明量子U盘进行数据传递，并不是说就在附近传递，这个传递可能有几十公里，或者是上百公里，又或者是从一个国家传递到另外一个国家，所以光存储要保证信息不会在开车或者是坐飞机的路上，就消失了，所以量子U盘的光存储要具备一定的时间消耗。

图片素材来源于网络

而科学界一致认为，光存储的时间必须要达到小时级别以上才能够投入到实际应用中，毕竟以现在的速度，一个小时可以抵达很多地方。要知道光速是世界上最快的速度，可以达到30万公里/秒，而人类目前所能达到的最快的速度，从音速的140米/秒，到第三宇宙速度的16.7千米/秒等等，都抵不上光的速度。而想要操纵光速，就需要让光速降低，甚至是让光停下来，才能实现光存储。

图片素材来源于网络

而这也是科学界一直研究的终极目标。科学家们发现，当光在经过某些介质中，由于折射的影响，光的速度就会慢下来，比如在玻璃的折射下，光的速度就变成了了20万公里/秒，而这也远远不够，如何将光“留住”？就需要不断研制出新的介质。在1999年，美国哈佛大学的研究团队成功找到一种新的介质，通过冷原子气体，成功将光速降低到17米/秒。14年后，德国达姆施塔特大学的研究团队，成功地利用掺镨硅酸钇晶体，首次实现将光“留住”1分钟的壮举，让量子U盘的可能逐渐变为了现实。

图片素材来源于网络

但是我们也说了，想要实现光存储的应用，至少要达到小时级别，所以1分钟还是远远不够的。这时很多人认为光或许并不能长时间的保留，不过在2015年，澳大利亚国立大学的研究团队发现，在一阶塞曼效应为零磁场下，科研人员们观察到掺铕硅酸钇晶体的核自旋相干寿命长达6小时，这就说明，在理论上，光存储技术完全可以实现6小时的长时间保存，这也让科学家们看到了长寿命光存储的希望。

图片素材来源于网络

中国的研究

就这样，中国带着全“村”（地球村）人希望，开始了攻坚之路，将理论向着现实转变。中国科技大学李传峰和周宗权组成的研究小组，凭借着自主研发的光学拉曼外差探测核磁共振谱仪，经过不断试验，精确刻画了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量，再结合了结合了原子频率梳（AFC）量子存储方案以及ZEFOZ技术，成功实现了光存储1小时的壮举，并且经过1小时后的验证发现，光的相位存储保真度高达96.4 ± 2.5%。

图片素材来源于网络

这样的结果表明中国成功将光存储从1分钟提升至1小时，从分钟级到小时级的大跨越，向全世界证明了光是可以长时间保存的。1小时，虽然说基本上满足了量子U盘的基本需求，但是量子U盘的研究还需要一段时间，下一步，中国的科研团队还需要不断地优化存储效率及信噪比，才能实现量子U盘的创造，并将量子U盘应用到实际生活中，让中国成为第一个拥有量子U盘的国家。

图片素材来源于网络

好了，本期文章就是这样，不知道各位对光存储了解多少？你认为哪个国家会是第一个研究出“量子U盘”的国家？欢迎给牛总评论留言，记得关注牛总。