审核专家:罗会仟
中国科学院物理研究所副研究员
众所周知,光在真空中的速度约每秒300000km,要想比它跑得快是完全不可能的事情。要想知道光里面到底有什么,要么和它跑的一样快,要么把光慢下来,最好让它静止。而这个把光慢下来,甚至留住,正是光储存领域的科学家们孜孜以求的目标,而近日,这一目标在中国科学家手中迎来了具有实际意义的重大突破。
光作为一种传递能量和信息的媒介,在科学技术日益精进的今天,科学家们开始设想是否可以对光进行捕获和储存,进而实现大密度的信息和能量的传递。
拆开的光纤 来源丨网络
其实利用光进行信息传递已经不是什么新鲜的事情了,比如人们经常听到光导纤维,也就是光纤。光纤的工作原理很简单,就是利用光的全反射:当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时,光线透不过界面,全部反射。
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故而,光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成,以满足上述的全反射原理。这其实就是一种对光的“捕获”和“储存”,只不过在这个过程中,光仍旧以接近真空光速在运动,并非我们想象中的用一个类似于箱体的物质对光进行“静态”的封装存储。
那么,怎么储存光?首先,对光进行存储是保持它的什么性质不发生变化,这是我们需要理清楚的一件事。
在信息时代,计算机网络是基于电子这一微观粒子构建的。电子作为一种微观粒子,在运动的过程中伴随着能量增加或减少,根据这一特点,科学家和工程师们可以搭建集成电路,控制电能的定向运动,由此就产生的0和1信号,也就是通断信号,我们就可以用来传播信息。
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但是光量子的运用与电子的运用存在着不同,在对光量子进行利用的过程中,除了要考虑它的能量大小之外,光量子的本身是相位变化也需要控制在一定的精度范围之内,才能保证其存储的信息不发生变化且可以被读取到。故而,在存储光的过程中,相位不发生变化是首要问题。那么带来的一个必然问题就是,存储光量子,必然不能像存储电子一样简单。
和任何发明创造一样,光存储首先要在理论上进行探究解释。在1980-1990年代,相关的理论就已经开始发展,经过漫长时间的探索,科学家们发现了电磁诱导透明效应理论(Electromagnetically Induced Transparency,简称EIT)。这一效应可以简单解释成为:某种介质强烈地吸收某一频率的光束,而当再施加另一束能被介质吸收的光束时,介质对于第一束频率的光就不再吸收了。