بكين 6 مارس 2025 (شينخوا) حقق علماء اختراقا كبيرا في مجال تخزين الضوء، مسجلين رقما قياسيا عالميا جديدا من خلال تخزين معلومات الضوء لمدة مثيرة للإعجاب بلغت 4035 ثانية.

ونشرت الدراسة، التي أجراها بشكل رئيسي باحثون من أكاديمية بكين لعلوم المعلومات الكمومية، في المجلة الدولية "نيتشر كوميونيكيشنز".

وقال ليو يوي لونغ، الباحث المشارك في الأكاديمية المذكورة والمؤلف الأول للدراسة: "كان تخزين الضوء دائما تحديا في جميع أنحاء العالم"، مضيفا أن الفوتونات، أي جسيمات الضوء، تتحرك بسرعات عالية بشكل لا يصدق، مما يجعل من المستحيل تقريبا التقاطها وتخزينها مباشرة.

ومن أجل التغلب على هذه المشكلة، لجأ العلماء إلى الإشارات الصوتية، والتي تكون أبطأ وأسهل في التخزين. وكان المفتاح هو إيجاد وسيط قادر على تحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات صوتية، وبالتالي "احتجاز" الضوء بشكل فعال.

وبدوره، قال الباحث في الأكاديمية لي تيه فو: "فكر في الفوتونات على أنها كرات صغيرة تتحرك بسرعات عالية. وعندما تصطدم بغشاء رقيق، يتم تحويل سعة الضوء وتردده والمعلومات الأخرى إلى إشارات صوتية. ومن خلال تخزين هذه الإشارات الصوتية في الغشاء، نحقق تخزين الضوء".

وكانت المحاولات السابقة لتخزين الضوء تنطوي على مواد مثل أغشية الألومنيوم المعدني ونيتريد السيليكون. ومع ذلك، بسبب الخسائر المادية الداخلية، لا يمكن لهذه الأغشية الحفاظ على الاهتزازات إلا لفترة قصيرة جدا، مما يحد من تخزين المعلومات إلى أقل من ثانية واحدة. ودفعت هذه العقبة فريق الأكاديمية لاستكشاف مواد جديدة ذات خصائص متفوقة.

وبعد إجراء اختبارات مكثفة على مواد مثل الماس ونيتريد الغاليوم، وجه الباحثون اهتمامهم إلى غشاء كربيد السيليكون أحادي البلورة. وتوفر هذه المادة، ببنيتها الداخلية المنتظمة للغاية، استقرارا استثنائيا للتردد وأقل الخسائر الداخلية.

وسمحت هذه الخصائص للفريق بتحقيق مدة تخزين قياسية تبلغ 4035 ثانية، متجاوزة بذلك المحاولات السابقة بكثير.

وتتمثل إحدى المزايا البارزة لغشاء كربيد السيليكون أحادي البلورة في قدرته على الحفاظ على أداء ممتاز حتى في درجات حرارة منخفضة للغاية.

وتجعله هذه الميزة مرشحا واعدا للاستخدام في أجهزة الكمبيوتر الكمومية، والتي تعمل غالبا في ظل ظروف عالية التبريد، مثل تلك القائمة على أنظمة فائقة التوصيل وأنظمة طوبولوجية ونقاط كمومية لأشباه الموصلات.

وفي المستقبل، يهدف فريق البحث إلى تحسين مدة التخزين لدى الجهاز بشكل أكبر وزيادة كثافة المعلومات وتعزيز التوافق مع التقنيات الكمومية الأخرى.

وستوفر هذه التقدمات منصة مادية عالية الأداء للحوسبة الكمومية وتضع أساسا متينا لتطوير شبكات المعلومات الكمومية. 

参考内容：

  近日，我国科学家领衔的一项重要成果突破世界纪录——基于高硬度的单晶碳化硅薄膜，研制出的光声量子存储器，以4035秒的信息存储时长刷新世界纪录。该研究成果已发表于国际学术期刊《自然-通讯》。

  为什么要在薄膜上“存储光”？“光的存储一直是世界难题。”该研究第一作者、北京量子信息科学研究院副研究员刘玉龙说，一直运动的光子停不下来，想要捕捉都很困难，想要存储则难度更大。而声音信号慢得多，更易存储，因此科学家决心寻找一种介质，让光子信号转化为声音信号，于是就找到了声音的存储介质——薄膜。

  “光子好比一个个小球，它们动起来撞击到薄膜上，光的波幅、频率等信息就转化为声音信号。我们把声音信号存在薄膜上，就实现了光的存储。”北京量子信息科学研究院研究员李铁夫说。

  为了“留住光”，各国科学家曾尝试过用金属铝、氮化硅等不同材料薄膜来做存储介质，但受限于材料内部损耗等原因，薄膜振动时长很短，意味着信息能够被存储的时长也很短，一般不超过1秒。

  这一次，我国科学家创造性地将内部结构更加规整的晶体薄膜——单晶碳化硅薄膜，应用到光的存储中来，它的频率稳定性更好、内部损耗更少，存储信息时长更长。

  尝试过金刚石、氮化镓等晶体薄膜之后，研究团队最终选中了单晶碳化硅薄膜，通过实验验证了这一材料的优越性，并实现了4035秒的信息存储。

  值得一提的是，经实验，这种薄膜的优异性能在极低温条件下也能实现，为这一器件在超导、拓扑、半导体量子点等需极低温条件的量子计算机中的应用奠定基础。

  “目前全球所有量子芯片只有计算能力，没有长时间信息存储能力。信息无法存入‘硬盘’，人们就无法在需要使用信息时便捷地调用。”李铁夫说，因此量子信息的长时间存储意义重大。

  未来，研究团队还将进一步提升器件的存储时长、信息密度、与其他量子器件的兼容性，为量子计算等提供高性能物理平台，为量子信息网络构建提供坚实支撑。

来源：新华网

编辑：马学军