20毫秒！量子比特存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)創(chuàng)紀(jì)錄，為開(kāi)發(fā)長(zhǎng)距離量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定重要基礎(chǔ)

瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)研究人員將一個(gè)量子比特存儲(chǔ)在一個(gè)晶體內(nèi)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20毫秒，創(chuàng)下新世界紀(jì)錄，為開(kāi)發(fā)出長(zhǎng)距離量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定了重要基礎(chǔ)。

量子通訊和量子加密技術(shù)已經(jīng)成為提高通信安全的重要基石。當(dāng)信息（量子比特，量子計(jì)算和量子信息的基本單元）通過(guò)光纖中的一個(gè)光子在兩個(gè)對(duì)話者之間傳輸時(shí)，量子理論可以確保量子比特的真實(shí)性和保密性。但建立遠(yuǎn)程量子通信系統(tǒng)存在一個(gè)主要障礙：傳輸幾百公里后，光子會(huì)丟失，信號(hào)也因此消失，為此，基于量子存儲(chǔ)器的“中繼器”由此而生，為使中繼器能更好地發(fā)揮作用，需要讓儲(chǔ)存量子信息的時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)一點(diǎn)。

2015年，日內(nèi)瓦大學(xué)米凱爾·阿夫澤利烏斯領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)成功將由一個(gè)光子攜帶的量子比特在晶體（存儲(chǔ)器）內(nèi)儲(chǔ)存0.5毫秒。在此過(guò)程中，光子在消失之前可將其量子態(tài)轉(zhuǎn)移到晶體的原子上，但這一持續(xù)時(shí)長(zhǎng)不足以構(gòu)建更大的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，而后者是研發(fā)遠(yuǎn)程量子通信的先決條件。

最新研究中，在歐洲量子旗艦計(jì)劃框架內(nèi)，米凱爾·阿夫澤利烏斯團(tuán)隊(duì)成功將一個(gè)量子比特存儲(chǔ)了20毫秒。為此，他們使用了摻有銪的晶體，這種晶體能夠先吸收光再發(fā)光。

團(tuán)隊(duì)稱：“我們?cè)诰w上施加了千分之一特斯拉的小磁場(chǎng)，并使用了動(dòng)態(tài)解耦方法，包括向晶體發(fā)送強(qiáng)烈的射頻，旨在讓稀土離子脫離環(huán)境擾動(dòng)，并將存儲(chǔ)性能提高近40倍。”

阿夫澤利烏斯表示：“這是基于固態(tài)系統(tǒng)（晶體）的量子存儲(chǔ)器的世界紀(jì)錄，在保真度略有損失的情況下，我們甚至可讓時(shí)長(zhǎng)達(dá)到100毫秒，這是遠(yuǎn)程量子通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的重大進(jìn)展。”

盡管如此，他們?nèi)杂胁簧賳?wèn)題需要解決，比如進(jìn)一步延長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間，在確保不失真的情況下，讓存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)100毫秒。此外，他們還必須設(shè)計(jì)出一次能存儲(chǔ)超過(guò)一個(gè)光子（使光子發(fā)生“糾纏”）的新型存儲(chǔ)器，“我們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出一個(gè)在所有這些方面都表現(xiàn)良好的系統(tǒng)，并于十年內(nèi)推向市場(chǎng)。”