把光留住!

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  20世纪初建立的量子力学,堪称人类历史上最重大的科学革命之一,它催生了半导体、激光、核能、超导体、核磁共振和全球卫星定位系统等重大的技术发明,使人类在信息、能源、材料和生命科学等领域獲得了空前的发展。可以说,量子力学从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌,促进了物质文明的巨大进步。
  量子信息技术研究与应用,有望成为未来重大技术创新的动力源和助推器。全球科技强国对此高度重视,纷纷开展国家级量子科技战略布局并大幅增加研发投入。
  中国在量子通信领域走在了世界前列,2016 年发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,2017年建成了长达2000多公里、安全等级很高的量子通信骨干网络“京沪干线”。
  把“光”存起来
  2021年4月,中国量子科学研究出现新突破——中国科学技术大学郭光灿院士团队的李传锋、周宗权研究组在一次实验中,把光的存储时间提升到了1小时,世界为之震惊!
  这代表着什么?请往下看。
  现代社会,随着光纤的全面铺开使用,光已经成为现代信息传输的重要载体。然而,光纤传播也有缺点:如果要进行长距离的信息传输,光信号存在衰减以及失真的情况,影响传输效率。有的国家尝试利用中继卫星来解决这一问题,但成本过高且十分复杂,并不是最优解。
  把光存储起来,则是解决光信号长距离传输衰减问题的最好办法。只要科学家建立一个光量子存储系统,再将这个系统运用到卫星上,问题不仅能迎刃而解,还能实现全球范围内的量子通信。
  为了建立起光量子存储系统,从 20 世纪 90 年代开始,世界各国的科学家展开了一系列研究。最先出成果的是美国,1999年,哈佛大学的科研团队尝试把光变慢,从而将光禁锢起来,最终在2年后成功把光存储了几千分之一秒,但这与长期存储还相去甚远。
  美国之后,德国也于 2013 年研究出了成果。德国科研团队利用电磁诱导透明效应,成功把光留住了1分钟,但离建立光量子存储系统的目标仍然很远。
  相比之下,中国的中科大团队把光成功留住 1 小时,显然在量子通信领域向前跨了一大步。中国科学家这次采用了新方法,成功让一束长600米、秒速30万公里的光脉冲停了下来,将其存到5毫米厚的晶体中,过1小时后再取出。而1小时后放出来的光,还是“活”的!
  突破了光存储技术,在未来,中国还可能实现量子U盘的研发。相比较普通 U 盘,量子 U 盘无须担心技术泄密,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,外人无法破解和使用。
  争夺“墨子霸权”
  2020年底,中国科学技术大学潘建伟院士团队成功制造出量子计算原型机“九章”,震惊整个科学界!国际顶级学术期刊《科学》发表了该项成果,评价这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。
  过去10年内,美国凭借谷歌研制的量子计算机“悬铃木”建立了“量子霸权”,控制了53个量子,并且一直保持着领先地位。所谓的“量子霸权”,就是量子计算机的计算能力超越现有的超级电子计算机,至少同时控制48个量子。
  现在,中国的“九章”可以同时控制76个量子,远超他国量子计算机所能控制的量子数量,可见中国在该领域的领先地位是多么稳固!
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