近年來,科學家們在量子領域的研究收穫頗豐,比如能免於黑客攻擊的數據共享、真實的量子隱形傳輸等,量子的優勢也隨之得到了充份展示。

而最近,加拿大阿爾伯塔大學的物理學家發明了一種新穎的「光硬碟」,有望徹底改變量子通信。這項研究成果涵蓋了一種獨特的構建量子存儲器的方法,能夠解決該行業長期存在的擴大規模的問題。相關論文發表在近期《自然光子》(Nature Photonic)期刊上。

量子存儲器是一種能夠以極高保真度和高效率長期存儲精密量子信息的設備,其手段是存儲光子的量子態而不破壞其不穩定的量子數據,從而實現其存儲能力。量子存儲器通常被用作量子網絡電腦的硬碟驅動器。

但是,量子存儲器的數據是在光束上編碼,這就造成其使用過程不僅技術複雜,而且相當耗電。而加拿大的科學家們最近開發的這項新技術有望在無需大量耗電及複雜技術的前提下,實現這種非常理想的存儲能力。

「我們開發了一種新方法,能將光脈衝以單個光子的水平存儲到超冷銣原子雲中,然後在需要時通過照射一種『控制』光脈衝將它們取回。」物理學助理教授、量子模擬超冷氣體的加拿大研究主席Lindsay LeBlanc解釋道。

另一位參與該研究的博士後研究員Erhan Saglamyurek表示,這項工作的關鍵之處在於取回數據的原始脈衝。「這個實驗涉及使用短的光脈衝,過程中我們可以編碼量子信息,將光存儲在原子中,然後再取回攜帶相同信息的原始脈衝。」

二人均認為,這種方法非常適合需要高速運行的應用,並且可以基本解決該行業中擴大規模的問題,這是迄今為止這一新興領域所面臨的最大挑戰。「例如,所需電量大大低於當前需要的電量,這些被降低的要求使其更容易在其它實驗室中得以實施。」Saglamyurek補充說。

在當今時代,人們對有效存儲量子數據的興趣與日俱增,因此,這一發明擁有非常好的前景。該技術的實際應用範圍涵蓋了從量子光纖互聯網到其它安全通信方法。

未來可能出現的量子網絡(如量子中繼器)甚至被建議作為超過200公里限制的長距離量子通信的解決方案。此外,對於研究諸如糾纏的量子效應如何在不同性質的物理系統之間轉移等課題,量子記憶也被認為是關鍵因素。◇