把光留住！

季海

20世紀初建立的量子力學，堪稱人類歷史上最重大的科學革命之一，它催生了半導體、激光、核能、超導體、核磁共振和全球衛星定位系統等重大的技術發明，使人類在信息、能源、材料和生命科學等領域獲得了空前的發展。可以說，量子力學從根本上改變了人類的生活方式和社會面貌，促進了物質文明的巨大進步。

量子信息技術研究與應用，有望成為未來重大技術創新的動力源和助推器。全球科技強國對此高度重視，紛紛開展國家級量子科技戰略布局并大幅增加研發投入。

中國在量子通信領域走在了世界前列，2016 年發射了世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，2017年建成了長達2000多公里、安全等級很高的量子通信骨干網絡“京滬干線”。

把“光”存起來

2021年4月，中國量子科學研究出現新突破——中國科學技術大學郭光燦院士團隊的李傳鋒、周宗權研究組在一次實驗中，把光的存儲時間提升到了1小時，世界為之震驚！

這代表著什么？請往下看。

現代社會，隨著光纖的全面鋪開使用，光已經成為現代信息傳輸的重要載體。然而，光纖傳播也有缺點：如果要進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。有的國家嘗試利用中繼衛星來解決這一問題，但成本過高且十分復雜，并不是最優解。

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。只要科學家建立一個光量子存儲系統，再將這個系統運用到衛星上，問題不僅能迎刃而解，還能實現全球范圍內的量子通信。

為了建立起光量子存儲系統，從 20 世紀 90 年代開始，世界各國的科學家展開了一系列研究。最先出成果的是美國，1999年，哈佛大學的科研團隊嘗試把光變慢，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。

美國之后，德國也于 2013 年研究出了成果。德國科研團隊利用電磁誘導透明效應，成功把光留住了1分鐘，但離建立光量子存儲系統的目標仍然很遠。

相比之下，中國的中科大團隊把光成功留住 1 小時，顯然在量子通信領域向前跨了一大步。中國科學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小時后再取出。而1小時后放出來的光，還是“活”的！

突破了光存儲技術，在未來，中國還可能實現量子U盤的研發。相比較普通 U 盤，量子 U 盤無須擔心技術泄密，即使U盤丟失，丟的也只是外殼，里面的數據將被永久保存在存儲系統中，外人無法破解和使用。

爭奪“墨子霸權”

2020年底，中國科學技術大學潘建偉院士團隊成功制造出量子計算原型機“九章”，震驚整個科學界！國際頂級學術期刊《科學》發表了該項成果，評價這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。

過去10年內，美國憑借谷歌研制的量子計算機“懸鈴木”建立了“量子霸權”，控制了53個量子，并且一直保持著領先地位。所謂的“量子霸權”，就是量子計算機的計算能力超越現有的超級電子計算機，至少同時控制48個量子。

現在，中國的“九章”可以同時控制76個量子，遠超他國量子計算機所能控制的量子數量，可見中國在該領域的領先地位是多么穩固！