法國和奧地利的科學家首次將光在光纖中的傳播速度降低到接近靜止。該技術利用了原子氣云中產(chǎn)生的電磁感生透明效應(EIT)。這項發(fā)現(xiàn)為如何在量子信息網(wǎng)絡中建立量子記憶提供了實際的解決方案。
二十世紀末期，慢光學變成一項熱門研究。當時，科學家們發(fā)現(xiàn)，當一束控制激光調諧到某一頻率時，原子氣體將被激發(fā)到一個能級上，此時，原子不吸收其他光信號，則原子氣體對信號透明。關閉控制激光，原子再次吸收光信號，則原子氣體對信號不透明。這是對EIT效應的簡單理解。
2001年，研究人員發(fā)現(xiàn)，當光信號在原子氣體中，如果關閉控制激光，光信號將在極短時間內達到靜止。而當控制激光再次開啟時，光信號將恢復原來的狀態(tài)。
引人注目的整體現(xiàn)象
技術上講，減慢的不是光子的速度而是光波包絡的速度，即群速度。盡管如此，慢光學對于量子網(wǎng)絡開發(fā)仍吸引了廣泛的注意。利用量子網(wǎng)絡傳播信息可以從本質上防止竊聽，量子信息在被檢測到的瞬間就會消失，因此量子記憶并不能讀取所存儲的信息。減慢量子信息的載體，光的速度是一個理想的解決方案。
圖1量子記憶：光纖中的慢光速可以存儲能量嗎
然而，無論是量子還是傳統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡，光都不是在自由空間傳播的。因此，巴黎的JulienLaurat團隊決定測試慢速光是否可以在光纖中傳播。使用光纖將使得量子記憶與現(xiàn)有的光學信息技術相融合。此外，利用光纖傳輸慢速光可以避免由鏡片、透鏡以及其他光學元件帶來光學系統(tǒng)的復雜性。
光纖中光速減慢實驗
JulienLaurat團隊將光纖拉長，直到其直徑小于半個微米。然后將這段細光纖插入真空腔內，真空腔內有大約2000個激光冷卻的銫原子。另一束激光控制銫原子對光信號的透明或不透明狀態(tài)。
決定實驗成敗的關鍵因素是光纖的直徑。由于其比波導光的波長短，約40%的
能量將在光纖外的倏逝場中消散。通過與倏逝場的作用，原子可以使光速靜止幾微秒，雖然原子并不存在光纖內。
科學家MikhailLukin評論說，“要使得量子記憶得到發(fā)展并實用化，需要結合幾個之前證明的現(xiàn)象和技術。”
碩果累累的基礎理論研究
實驗團隊成員之一AnilPatnaik說：“以前的理論有了新成果，十分令人激動。這項研究十分具有挑戰(zhàn)性，但一切都值得。我仍記得當我的計算值顯示約有50%的能量可以用于倏逝場與光纖外的介質耦合時我激動的心情。”
維也納大學的研究者們利用相似的實驗得出了相似的結論。他們利用了偶極子阱，這需要引入另一束激光。原則上，偶極子阱應該提升原子的“光學深度”，或它們吸收光的能力——這將決定量子記憶讀寫信息的好壞。而實際上，Laurat團隊得到了一致的光學深度：約等于2。“增加光學深度是十分重要的方向，”Laurat說。
IanWalmsley評論說這個實驗研究對量子記憶的發(fā)展是重要的一步。他補充說這個新的機制非常有前景，下一步應該是測試噪聲水平和存儲真實的單光子態(tài)，此后才是為應用做好準備。
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