科學家發現，利用晶體介質可以讓光停留的時間更長。
如果我們不對這個詞作任何解釋，每個人都會認為自己對其非常熟悉，對這個“看得到卻摸不著”的東西甚至可以說出很多理論，比如：光在真空中的傳播速度最快；光速是自然界物體運動的最大速度……。不過，當我們再具體一些去瞭解光的波粒二象性，有些人就難免開始糊塗了。   人類應用光的歷史是從驅逐黑暗開始的，在漫長的發展中，利用光的波動特性（波動光學），我們已經實現了很多應用，同時推動著社會的飛速發展。但是，光的粒子性雖然已經被科學家所認識，但在應用領域中還屬於未開發的狀態。  
利用之前，要先控制。因此，科學家們試圖讓光放慢腳步，甚至停止，在量子級別上控制並利用光。在2013年7月，德國達姆施塔特大學研究人員創造了歷史，他們讓光停留了整整60秒。  
從16秒到60秒   1999年，哈佛大學研究人員曾讓光速降至每秒僅17米，並在2001年，設法讓光停住，但僅僅停留了幾分之一秒。就在今年年初，美國佐治亞理工學院研究人員讓光停留了16秒。幾個月後，德國研究人員將這個時間延長至60秒。  
德國達姆施塔特大學應用物理學院量子光學研究組教授湯瑪斯·霍夫曼（Thomas Halfmann）在接受《中國科學報》記者的郵件採訪時描述了實驗過程。   研究人員首先利用控制光脈衝改變了作為介質的不透明晶體的特性。在這兒可以複習一下波爾的原子理論：電子以不同的能量級圍繞原子核做圓周運動，離原子核越遠，能量越高，而能量級由原子中的電場決定。當研究人員控制鐳射打到晶體上時，鐳射的電場就會改變晶體中原子的電場，隨之就會改變原子的能量級。   隨著能量級的改變，晶體原子的折射率發生了改變，也就改變了光在其中的傳播速度。這可以簡單地與光在不同介質中傳播速度的快慢來比擬。空氣、水、玻璃的折射率依次增加，光在其中的傳播速度依次遞減。實際上，研究人員也一直在利用這一特點改變光的速度，直到使其停留。  
這種方法就是電磁感應透明效應（EIT）。   不透明的晶體在光脈衝的作用下，折射率變小，暫時透明，讓光線可以通過，但撤掉光脈衝後，折射率恢復，已經進去的光變得無路可走，暫時停留在晶體中。   再打上這束光，被鎖在裡面的光就被釋放了。可是我們如何知道光被鎖住又被釋放了？   霍夫曼告訴記者，實驗中存儲的是一幅由3條橫線構成的簡單圖片。當它們被鎖在晶體中並沒有消失，而是轉化為物理學家所稱的“原子相干”，被俘獲的光子的能量被晶體中的原子吸收，轉化為原子振盪。但是，原子振盪能夠保存的資料時間非常短，霍夫曼的研究組所選用的材料極限就是60秒。被釋放的光，依然可以保存圖片資訊，但超過這個時間，資料也就失真了。  
美國佐治亞理工學院研究人員利用的是超低溫氣體，而霍夫曼等人將介質改變為晶體。介質的改變，可以說是16秒到60秒跨越的關鍵。“相比氣體，晶體更加容易被控制。”霍夫曼說。   分鐘屏障   近年來，人們從理論和實驗兩個方面探討了利用原子系統來存儲光的量子資訊。中國科學院量子資訊重點實驗室研究員李傳峰告訴《中國科學報》記者，光子是資訊最快、最穩定的載體，它是量子通信的自然選擇，在量子計算中也有非常重要的作用。   但是，想要構建洲際量子資訊網路，存儲光的時長至少需以分鐘計而非秒計。這被稱為“分鐘屏障”。   在霍夫曼研究團隊之前的研究，採用的方法都是相似的，也就是利用超低溫氣體，即所謂的玻色－愛因斯坦凝聚（BEC）。   在將氣體降到絕對零度的條件下，實現讓光停滯。但是，霍夫曼告訴《中國科學報》記者，在這種條件下，存儲方法壽命極短。“因為氣體中的原子相干性十分脆弱，只能維持100兆分之一秒，而在特殊條件下也只能維持10微秒。而我們選擇的晶體其原子相干性可保持500微秒。”   而且，此前利用氣體所做的試驗中，氣體量只能達到1立方釐米，而不能做到更多，這也就局限了可能存儲的光的量。換做晶體，存儲量即可根據晶體大小而增加。此外，每單位內氣體的原子量也遠遠少於固體中的原子量。霍夫曼說，每個原子對應的可以存儲一個光子攜帶的資訊。這樣也可以看出，氣體的存儲密度也遠遠不如晶體更有潛力。   李傳峰表示，德國研究人員採用的EIT技術突破“分鐘屏障”，而比EIT技術更先進的則是原子頻率束技術（AFC）。AFC是針對EIT缺點的改進，EIT頻寬比較窄，AFC就相當於多個EIT同時去操作，而獲得更寬的頻寬。因此，科學家也更傾向於用AFC在固體裡面做量子存儲。   霍夫曼表示，此次所用晶體材料的潛力已經發揮到了極限，如果改用其他材料，比如摻有銪的矽酸釔，再加上特定的磁場，資料存儲的時間將可能延長得更久。而他們的目標是將存儲時間延長到1周，他們將在明年進行嘗試。   從光存儲到量子存儲   其實，如果僅僅是讓光線停住，每個人都可以做到，拿一張黑色的紙擋在一束光前，以每秒30萬公里速度傳播的光也就被阻止了，但光也就隨之消失了。而研究人員所做的，就是讓這些停止的光再次傳播。   科學家的這些探索，我們總是用“揭秘”來形容，但正如量子力學創始人之一尼爾斯·波爾所說，一個科學理論並不是要描述自然，而是給我們一種操縱自然界事物的規則和與其結果相交流的語言。   霍夫曼對光儲存研究的認識是：“研究人員做這些可不是為了純粹的興趣，這是未來資訊技術發展的關鍵。任何量子電腦、量子資訊技術都需要量子存儲。”   那麼霍夫曼的實驗與量子存儲還有多遠的距離？   中國科學院院士郭光燦首先強調了光存儲與量子存儲的區別。他告訴《中國科學報》記者：“目前做到60秒的光存儲是經典存儲，不是量子存儲，要把經典存儲這個體系做成量子存儲還需要很長時間的努力，需要克服許多困難。”   李傳峰告訴《中國科學報》記者，量子光是單個光子的行為，實驗中鐳射是經典光，也就是一堆光子的行為。如果我們把光源做得比較好的話，量子的單光子源，也能達到這個極限。“這也給了我們一個信號，如果我們沿著固態存儲走下去，就能夠達到全球化量子網路。”   李傳峰認為，從原理上講，固態存儲系統可以走到量子級，只需要完成將經典的光變成量子的光。這樣，全球化量子網路的傳送速率就是光速。“在整個地球上用光速傳遞資訊並存儲起來。轉了一圈回來，資訊還是與原來的資訊有相干性，這就達到真正的全球化了。”   近年來，光作為一種資訊載體，已經廣泛服務於人類社會。資訊技術基本上可以分為資訊的採集、傳輸、處理、存儲和顯示等5個方面。與電子資訊技術相比，光在採集、傳輸以及顯示技術方面都佔據了優勢。光纖通信的飛速發展，沒有人懷疑光通信在資訊網路的主流地位；越洋通信、海底光纜已經把世界變得不再遙遠；光檢測技術以其高精度、高解析度、無損、非接觸等方面的優勢，也正成為檢測技術的高端產品；絢麗多姿的各種顯示幕，把人們帶進了美妙的虛擬世界……   郭光燦表示，對光的經典存儲也是很有用的，全光網路裡就需要經典光的存儲，這個存儲的發展對實現全光網路、全光通信意義重大。   而光存儲對量子實驗的意義在於，它給了量子實驗一個積極的信號。“如果經典光存儲能做到60秒，理論上量子存儲也能做到60秒。但是要實現需要採取許多措施，技術上還很難達到。”   在存儲與處理技術方面依然落後於電子資訊技術的光資訊技術，在突破了“分鐘遮罩”後，讓科學家們看到了更大的希望。李傳峰認為，“光存儲的這一進步讓我們知道了對於量子光研究而言，這個系統在原則上是可行的”。