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1 # 小橋流水
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2 # 求真思哲
要回答此問題,首先要明確“光”的本質含義是什麼。
眾所周知,“光”是一種電磁波,而電磁波又是一種波,波的本質是振動的傳播,也就是說是振盪源的一種運動狀態而對場的一種作用。
搞清楚“光”的本質是一種運動狀態,那麼請問“狀態”可以儲存嗎?明顯是不可以的嘛!
但運動狀態本身可透過能量轉化,把能量儲存起來。
因此,“光”本身不能儲存,但“光”攜帶的能量可以透過光合作用、光電轉換等方式儲存起來。
目前為止,光不能直接儲存,但是光能可以透過轉化固定進行儲存。比如太陽能裝置,植物也是一個光能的儲存系統。科學家在光儲存方面做出不懈努力,並取得的突破性成果。
2013年,德國科學家成功讓光停留60秒,光儲存由此成為可能。
此後,該團隊不斷調整自己的系統,在2001年的實驗中,他們將一束光儲存在另一束鐳射“傳送帶”上,成功做到了讓光“止步不前”,並且沒有摧毀光子或者擾亂它們的量子態。與此同時,另一個來自哈佛—史密森天體物理中心的團隊藉助超冷鈉原子來儲存並釋放光能,也達到了同樣的目的。不過,這兩項實驗都只讓光的腳步停頓了幾千分之一秒。而只有讓這一時長達到秒級以上,才可能找到一種方法將光能相干儲存在一個穩定的介質中,就像將電能儲存在電容器或電池中一樣。
2013年年初,美國佐治亞理工學院的研究小組獲得新的突破,他們讓一束光停留了16秒的時間。但研究人員同時承認,要想構建洲際量子資訊網路,儲存光的時長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的研究人員打破。他們用一種更為穩定的介質來取代由電磁場保持的超冷原子雲,這種介質是一種不透明的晶體,但鐳射照射可暫時將其變得透明,而光就在這種晶體中靜止了60秒。
“一分鐘非常非常長。這的確是一個重要的里程碑。”《新科學家》雜誌援引英國聖安德魯斯大學微光子學專家托馬斯·克勞斯的話說。
德國研究人員選擇的是低溫下摻有鐠的矽酸釔不透明晶體,其擁有一種特性——電磁誘導透明效應,有此效應的介質不會吸收某特定頻率的光,也就是說,該介質在這一頻率的光下是透明的。
他們將一束控制鐳射射向晶體,觸發晶體內部量子級別的反應,使晶體變得透明。隨後,他們用第二束光(可用於儲存資料/影象,實驗中儲存的是一幅由3條橫線構成的簡單圖片)照射透明的晶體,接著關閉控制鐳射束,讓晶體變回不透明狀。這不僅使第二束光被捕獲在晶體中,而且由於晶體不透明,第二束光無法發生折射,也就是說,這束光線的傳播停止了。
由於無路可走,被俘光子的能量被晶體中的其他原子吸收,而光子攜帶的圖片資訊也轉化成了原子自旋激發。接下來,研究人員重新開啟控制鐳射束,將被捕獲在晶體中的光線重新釋放出來,原子自旋激發(即圖片資訊)也就重新釋放給光子。這些原子自旋激發可以保持相干性(資料完整性)的時間為一分鐘左右,之後釋放出的光脈衝(或儲存在上面的圖片)就失真了。
從本質上說,這項成果使光儲存成為可能,即光線有望作為儲存和恢復資料的介質。量子計算機可以利用單個原子的量子態來儲存資料,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,也就是用一束光的電磁場來儲存資料,會使透過光纖網路傳輸量子編碼的資料更加容易,從而為遠端量子通訊網路的建立提供保障。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發揮到了極限,如果改用其他材料,比如摻有銪的矽酸釔,再加上特定的磁場,資料儲存的時間將有可能延長得更久。但要將這項技術運用到現實世界中的計算機上,還需找到一種在室溫下低噪音儲存和傳輸光的方法。