把光留住！

季海

20世紀(jì)初建立的量子力學(xué)，堪稱人類歷史上最重大的科學(xué)革命之一，它催生了半導(dǎo)體、激光、核能、超導(dǎo)體、核磁共振和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等重大的技術(shù)發(fā)明，使人類在信息、能源、材料和生命科學(xué)等領(lǐng)域獲得了空前的發(fā)展。可以說，量子力學(xué)從根本上改變了人類的生活方式和社會面貌，促進(jìn)了物質(zhì)文明的巨大進(jìn)步。

量子信息技術(shù)研究與應(yīng)用，有望成為未來重大技術(shù)創(chuàng)新的動力源和助推器。全球科技強(qiáng)國對此高度重視，紛紛開展國家級量子科技戰(zhàn)略布局并大幅增加研發(fā)投入。

中國在量子通信領(lǐng)域走在了世界前列，2016 年發(fā)射了世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，2017年建成了長達(dá)2000多公里、安全等級很高的量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)“京滬干線”。

把“光”存起來

2021年4月，中國量子科學(xué)研究出現(xiàn)新突破——中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的李傳鋒、周宗權(quán)研究組在一次實(shí)驗(yàn)中，把光的存儲時(shí)間提升到了1小時(shí)，世界為之震驚！

這代表著什么？請往下看。

現(xiàn)代社會，隨著光纖的全面鋪開使用，光已經(jīng)成為現(xiàn)代信息傳輸?shù)闹匾d體。然而，光纖傳播也有缺點(diǎn)：如果要進(jìn)行長距離的信息傳輸，光信號存在衰減以及失真的情況，影響傳輸效率。有的國家嘗試?yán)弥欣^衛(wèi)星來解決這一問題，但成本過高且十分復(fù)雜，并不是最優(yōu)解。

把光存儲起來，則是解決光信號長距離傳輸衰減問題的最好辦法。只要科學(xué)家建立一個(gè)光量子存儲系統(tǒng)，再將這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)用到衛(wèi)星上，問題不僅能迎刃而解，還能實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的量子通信。

為了建立起光量子存儲系統(tǒng)，從 20 世紀(jì) 90 年代開始，世界各國的科學(xué)家展開了一系列研究。最先出成果的是美國，1999年，哈佛大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)嘗試把光變慢，從而將光禁錮起來，最終在2年后成功把光存儲了幾千分之一秒，但這與長期存儲還相去甚遠(yuǎn)。

美國之后，德國也于 2013 年研究出了成果。德國科研團(tuán)隊(duì)利用電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)，成功把光留住了1分鐘，但離建立光量子存儲系統(tǒng)的目標(biāo)仍然很遠(yuǎn)。

相比之下，中國的中科大團(tuán)隊(duì)把光成功留住 1 小時(shí)，顯然在量子通信領(lǐng)域向前跨了一大步。中國科學(xué)家這次采用了新方法，成功讓一束長600米、秒速30萬公里的光脈沖停了下來，將其存到5毫米厚的晶體中，過1小時(shí)后再取出。而1小時(shí)后放出來的光，還是“活”的！

突破了光存儲技術(shù)，在未來，中國還可能實(shí)現(xiàn)量子U盤的研發(fā)。相比較普通 U 盤，量子 U 盤無須擔(dān)心技術(shù)泄密，即使U盤丟失，丟的也只是外殼，里面的數(shù)據(jù)將被永久保存在存儲系統(tǒng)中，外人無法破解和使用。

爭奪“墨子霸權(quán)”

2020年底，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)成功制造出量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，震驚整個(gè)科學(xué)界！國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了該項(xiàng)成果，評價(jià)這是“一個(gè)最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)”“一個(gè)重大成就”。

過去10年內(nèi)，美國憑借谷歌研制的量子計(jì)算機(jī)“懸鈴木”建立了“量子霸權(quán)”，控制了53個(gè)量子，并且一直保持著領(lǐng)先地位。所謂的“量子霸權(quán)”，就是量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力超越現(xiàn)有的超級電子計(jì)算機(jī)，至少同時(shí)控制48個(gè)量子。

現(xiàn)在，中國的“九章”可以同時(shí)控制76個(gè)量子，遠(yuǎn)超他國量子計(jì)算機(jī)所能控制的量子數(shù)量，可見中國在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位是多么穩(wěn)固！