研究人员成功实现了光的受控传输

由美因茨大学教授Patrick Windpassinger领导的团队成功地将存储在量子存储器中的光传输了1.2毫米的距离。该团队已经证明此受控传输过程几乎不会影响所存储光的性质。研究人员使用超低温的铷-87原子作为光的存储介质，该介质兼具高存储效率和较长的寿命。

Patrick Windpassinger教授这样解释这一复杂的过程：“这个过程就像把光储存在一个由低温原子团组成的‘手提箱’里。我们把箱子移动了一小段距离，然后将箱子里的光取了出来。这项研究不仅对整个物理界意义重大，而且将对量子通信领域产生重要影响，因为光很难被‘捕获’。以往以受控的方式传输光的尝试，往往都以光丢失告终。”

操纵和存储量子信息、检索量子信息是改进量子通信技术，以量子形式实现类似计算机操作的必要先决条件。可存储和按需检索光量子信息的光量子存储器，是构建量子通信网络的必要条件。例如，这样的光量子存储器可以在线性量子计算中充当量子中继器。近年来，原子团已被证明是一种非常适合存储和检索光量子信息的介质。利用一种被称为电磁波引发透明（electromagnetically induced transparency）的技术，研究人员可以捕获入射光脉冲，并将其转换为存储原子的受激态。此过程很大程度上可逆，因此可以高效地重获入射光脉冲信号。

图1 实验中铷-87原子首先被预冷却，然后被运送到主测试区（一个定制的真空室），在其中被冷却至几微开尔文的温度。（Windpassinger group供图）

下一步目标：光赛道存储器

在最近发表的论文中，Patrick Windpassinger教授及其同事描述了这种光的主动控制传输方法，其传输距离大于存储介质尺寸。不久前，他们开发了一种新技术，可以通过由两束激光组成的“光学传送带”传输低温原子团。这种方法的优点是可以同时运输和定位相对较多的原子，具有很高的精确度，原子损耗低、热副作用小。物理学家们现在已经使用这种方法成功传输了作为光存储器的原子云，所存储的光可以借助其他方式读取。借助这一概念，未来可以开发其他新型量子器件，比如拥有独立读写单元的光赛道存储器（Racetrack Memory)。