5/8/2014,最新一期的權(quán)威科學(xué)期刊《自然》雜志子刊《自然光子學(xué)》上刊登了上海交通大學(xué)物理與天文系特別研究員金賢敏及其英國牛津大學(xué)、德國馬普所合作者的最新研究成果：首次在空心光纖中實(shí)現(xiàn)單光子級(jí)寬帶光存儲(chǔ)，并同刊配發(fā)了采訪文章。這項(xiàng)工作標(biāo)志著向?qū)崿F(xiàn)可集成化的量子信息存儲(chǔ)器件邁出了重要的一步。

　　當(dāng)前，信息技術(shù)的發(fā)展遇到了兩大瓶頸，一是隨著芯片集成度的不斷提高，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度將達(dá)到極限，二是人類計(jì)算能力和數(shù)學(xué)的不斷進(jìn)步，使得現(xiàn)有的信息安全系統(tǒng)面臨嚴(yán)重的威脅。從本世紀(jì)初開始，光子逐漸取代電子成為信息的主要載體，正掀起現(xiàn)代文明的第二次信息技術(shù)革命。特別是量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合，開拓了與經(jīng)典方式具有本質(zhì)區(qū)別的全新的信息處理和通信方式，能夠用一種革命性的方式對(duì)信息進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)、傳輸和操縱，在提高運(yùn)算速度和確保信息安全等方面突破傳統(tǒng)信息技術(shù)面臨的計(jì)算能力和信息安全兩大瓶頸。

　　量子信息技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)無條件安全的保密通信，超高速的計(jì)算，超精密的成像和傳感等革命性的技術(shù)飛躍，在未來的金融、軍事和公共信息安全等方面有極大的發(fā)展前景。近年來量子信息技術(shù)得到了國際學(xué)術(shù)界，科技界以及國家戰(zhàn)略層面的廣泛關(guān)注，已成為新一代信息技術(shù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性方向。世界主要發(fā)達(dá)國家紛紛投入巨資設(shè)立專項(xiàng)基金和建立研究中心。例如今年英國財(cái)政部就宣布要在5年內(nèi)專門投入2.7億英鎊到量子技術(shù)的研究和發(fā)展上。

　　然而光子和邏輯門本身的隨機(jī)性使得大規(guī)模的量子體系無法同時(shí)工作，目前的量子信息研究都只是停留在原理性的小規(guī)模演示水平上，因此解決隨機(jī)性是量子信息技術(shù)真正邁向?qū)嵱没�的關(guān)鍵。量子存儲(chǔ)能讓多個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的飛行光子停在存儲(chǔ)器里，在需要的時(shí)候把它們同時(shí)釋放出來，從而實(shí)現(xiàn)把隨機(jī)的過程變?yōu)橥�步的過程，是目前最有希望推動(dòng)量子信息技術(shù)走向大規(guī)模實(shí)用化的辦法。

　　世界各國的物理學(xué)家正在各種物理體系和機(jī)制中尋找最佳的量子存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)形式。目前，可做到單光子級(jí)別的光存儲(chǔ)器大多要在超低溫等特殊環(huán)境下運(yùn)行，系統(tǒng)復(fù)雜、龐大且昂貴，無法滿足實(shí)用化要求。金賢敏同合作者在過去的幾年中發(fā)展出了一種唯一可在室溫下運(yùn)行的寬帶光存儲(chǔ)技術(shù)。在前期工作基礎(chǔ)上，他們將目標(biāo)瞄準(zhǔn)可集成化的光存儲(chǔ)裝置，用裝載原子氣體的空心光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的原子蒸氣池，并成功實(shí)現(xiàn)了單光子級(jí)別的寬帶光存儲(chǔ)。這種光存儲(chǔ)裝置具有非常迷人的優(yōu)勢(shì)，例如，可在室溫下運(yùn)行、高效率和可以進(jìn)行大規(guī)模集成等。


量子信息存儲(chǔ)集成化研究領(lǐng)域重大發(fā)展

　　目前金賢敏課題組在985工程和國家自然科學(xué)基金支持下，正在上海交通大學(xué)搭建世界第二臺(tái)室溫寬帶光存儲(chǔ)裝置，作為具有后發(fā)優(yōu)勢(shì)的2.0版，有望在各項(xiàng)指標(biāo)上獲得大幅提升。真正可實(shí)用化、可集成和可擴(kuò)展的通用量子信息存儲(chǔ)器將實(shí)質(zhì)性地推動(dòng)遠(yuǎn)距離量子通信，光量子計(jì)算和量子精密測(cè)量等領(lǐng)域的發(fā)展。


來源：上海交通大學(xué)新聞網(wǎng)