为量子计算机安装一个“存储器”

在现代社会中，随着光纤的全面铺开使用，光已经是信息传输的重要载体，世界各国也都在加大对量子通信技术的研发与投入。但即便是目前最先进的量子通信技术，光仍然是量子系统最优选择的信息载体。然而如果要进行长距离的信息传输，就不得不面临一个令人十分头疼的问题，那就是光信号在长距离传输中会遭遇衰减以及失真，影响信息传输效率。 尽管一些国家尝试过利用中继卫星来解决这一问题，但这种方式成本过高，而且十分复杂。把光存储起来，则是目前解决光信号长距离传输衰减严重的最优解。

做到如此，只需建立一个光量子存储系统，随后将这一系统运用到卫星上，这样一来，长距离光信号传输衰减的问题便迎刃而解，同时还能实现全球范围内的量子通信。如果要实现光量子存储系统的设想，那么光信号就必须被留住至少一小时以上，同时还要能把这些光信号同时束缚在一个空间里，这样才能成功建立起一个能用的光量子存储系统。

为了达成这一目标，从90年代开始，世界各国就开始了对如何留住光这个问题展开一系列研究。最先研究出成果的是美国，在1999年，来自哈佛大学的科研团队尝试把光变慢，从而将其禁锢起来。最终在2001年，该团队成功把光存储了几秒钟时间。在美国之后，德国也于2013年做出了成果，德国团队利用电磁诱导透明效应，成功把光留住了一分钟，创造了这一领域的世界纪录。但这离建立光量子存储系统的目标仍然相去甚远。

相比之下，我国科研团队这次的成功，显然是在量子通信领域向前跨进了一大步。不同于美国跟德国团队，我国这次将电磁诱导透明效应与原子频率梳技术结合起来，成功把光禁锢了一个小时，这也意味着我国未来还可能实现量子U盘的研发，相比于普通的U盘，量子U盘无需担心技术泄密，即使U盘丢失，丢的也只是外壳，里面的数据将被永久保存在存储系统中。

| 光的重要性

光之所以能充当如此重要的信息媒介，在于光是一种电磁波。就像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承载信息。通过电磁波作为信号传输，不仅距离远，传输稳定，而且速度快。 我们为何无法感知电磁波的存在，却可看到光呢？这是因为微波等其他电磁波和可见光的波长（或者频率）并不相同。我们身边的可见光波长范围仅处于380～750纳米这一狭窄范围内。这一范围外的所有电磁波，都无法通过肉眼感知。

| 怎样“留住”光

大家都知道光速是目前人类已知的最快速度，而我国科研团队用一个硬币厚的晶片将光储存1个小时，成功的将光速慢了下来。在1个小时后，该晶片将光释放出来并且是“活”的。我国科研团队采用的晶片是铕掺杂硅酸钇系综。我们可以把这个“系综”理解成一团物质的集合即可。铕掺杂硅酸钇系综，存在一个铕离子系统，可很好地抵御环境中的磁场扰动，因此能大大提升量子光存储的稳定性。

在实验中，光信号首先被吸收成为铕离子系综的光学激发，接着被转移为自旋激发，经历一系列自旋保护脉冲操作后，最终被读取为光信号，且光的存储保真度高达96.4±2.5%。在读取时，科学团队发现光的相位、偏振和其他状态信息仍然保存得很好。量子光存储的寿命虽然仅仅提升到了1个小时，但这短暂的1小时是量子通信和量子计算机技术发展的一大步。

| 储存光的意义

我们的整个通信网络和用户手中的各种终端，除了对信息传输有所需求外，同样离不开信息存储。当你把自拍照通过微信传递给亲友时，照片先通过WiFi或者运营商的无线网络进行传输，当它们到达对方手机时，已存入手机的微信缓存中了。也就是说，任何信息要想保留下来，都需要有个存储器。

虽然目前量子计算机已经被研发出来了，但是时下的量子计算机都有一个共同的特点：没有存储器。就相当于电脑没有硬盘，不能存储光的数据。所以它的运行方式只能是通过电信号转换成光信号，又或者采用光纤直连，再或者通过激光卫星通信，像一些比较大的数据，量子计算机就很难处理。但是如果可以进行光的存储，就意味着量子计算机能处理更多的数据源，甚至还可以统一未来量子计算机的通用标准。

当量子通信和量子计算机真正走向实用化时，如今的计算机和整个通信网络都将要“大洗牌”，我们不得不重新开发相应的传输和存储技术。目前，我国的量子通信正走在世界的前列，是全球公开的，最安全的通信加密技术，未来将会更好地保障通信安全。

（图片来源于网络）

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