我國科學(xué)家領(lǐng)銜的一項重要成果突破世界紀錄——基于高硬度的單晶碳化硅薄膜，研制出的光聲量子存儲器，以4035秒的信息存儲時長刷新世界紀錄。該研究成果已發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》。

為什么要在薄膜上“存儲光”？“光的存儲一直是世界難題?！痹撗芯康谝蛔髡?、北京量子信息科學(xué)研究院副研究員劉玉龍說，一直運動的光子停不下來，想要捕捉都很困難，想要存儲則難度更大。而聲音信號慢得多，更易存儲，因此科學(xué)家決心尋找一種介質(zhì)，讓光子信號轉(zhuǎn)化為聲音信號，于是就找到了聲音的存儲介質(zhì)——薄膜。

“光子好比一個個小球，它們動起來撞擊到薄膜上，光的波幅、頻率等信息就轉(zhuǎn)化為聲音信號。我們把聲音信號存在薄膜上，就實現(xiàn)了光的存儲?！北本┝孔有畔⒖茖W(xué)研究院研究員李鐵夫說。

為了“留住光”，各國科學(xué)家曾嘗試過用金屬鋁、氮化硅等不同材料薄膜來做存儲介質(zhì)，但受限于材料內(nèi)部損耗等原因，薄膜振動時長很短，意味著信息能夠被存儲的時長也很短，一般不超過1秒。

這一次，我國科學(xué)家創(chuàng)造性地將內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加規(guī)整的晶體薄膜——單晶碳化硅薄膜，應(yīng)用到光的存儲中來，它的頻率穩(wěn)定性更好、內(nèi)部損耗更少，存儲信息時長更長。

嘗試過金剛石、氮化鎵等晶體薄膜之后，研究團隊最終選中了單晶碳化硅薄膜，通過實驗驗證了這一材料的優(yōu)越性，并實現(xiàn)了4035秒的信息存儲。

值得一提的是，經(jīng)實驗，這種薄膜的優(yōu)異性能在極低溫條件下也能實現(xiàn)，為這一器件在超導(dǎo)、拓撲、半導(dǎo)體量子點等需極低溫條件的量子計算機中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

“目前全球所有量子芯片只有計算能力，沒有長時間信息存儲能力。信息無法存入‘硬盤’，人們就無法在需要使用信息時便捷地調(diào)用?！崩铊F夫說，因此量子信息的長時間存儲意義重大。

未來，研究團隊還將進一步提升器件的存儲時長、信息密度、與其他量子器件的兼容性，為量子計算等提供高性能物理平臺，為量子信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建提供堅實支撐。