近日，科學家成功将一個量子比特存儲在晶體内長達20毫秒，創下最新紀錄，為遠距離量子通信網絡的開發奠定了重要基礎。
在低溫恒溫器中，用雷射照射用于存儲光子量子比特的晶體，圖檔來自Antonio Ortu
量子實體學使計算機、智能手機、GPS等許多技術的進步成為可能。多國科學家正在研究量子密碼學領域，以開發更安全的量子通信網絡。但光子在光纖中傳輸幾百公裡後容易丢失，資訊也随之丢失。是以，為了更好地存儲光子中的資訊，遠距離量子通信離不開“中繼器”，這也意味着量子資訊的存儲時間必須延長。
2015年，瑞士日内瓦大學(UNIGE)科學院應用實體系Mikael Afzelius團隊成功将一個由光子攜帶的量子比特存儲在晶體中，存儲時間為0.5毫秒。在此過程中，光子在消失前将其量子态轉移到晶體的原子上。然而，持續時間仍不足以建構更大的存儲網絡，擴大存儲網絡是發展遠端量子通信的先決條件。
此次，在歐洲量子技術旗艦計劃架構下，前述團隊突破以往成果，成功實作了量子比特在晶體中存儲20毫秒的世界紀錄，向開發遠距離量子通信網絡邁出了重要一步。相關研究發表在Nature合作期刊《NPJ Quantum Information》。
實驗系統與裝置，圖檔來自論文。
在此項研究中，團隊使用了摻有稀土铕的晶體，稀土铕能夠通過吸收光，再進行發光（即光緻發光）。這些晶體以絕對零度儲存，因為一旦超過絕對零度10°C，就會破壞晶體内原子之間的糾纏。
“我們對晶體施加了千分之一特斯拉的小磁場，并使用動态解耦方法，包括向晶體發送強烈的射頻。”日内瓦大學應用實體系博士後研究員Antonio Ortu說道，“這些技術旨在将稀土離子從環境幹擾中解耦出來，并将目前的存儲性能提高近40倍。”
這一研究成果是實作遠距離量子通信網絡的重要進展。研究人員表示，“這是一項基于固态系統（晶體）量子存儲器的世界紀錄，在保真度略有損失的情況下，我們甚至能讓存儲時長達到100毫秒。”
但仍有一些挑戰需要面對。“目前的挑戰是進一步延長存儲時間，”Mikael Afzelius認為理論上可以延長晶體暴露在射頻下的時間，但需要突破現有技術。此外，團隊需要找到一種方法來設計出能夠同時存儲多個光子的存儲器，通過光子糾纏，最終實作保密性。