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美利用激光进行原子蒸气存储图像并成功回放

导读: 当图像被原子吸收后,控制光束被关闭,但要求两束专门的光子同时作用,一束激发原子,另一束使其返回基态。在此过程中图像信息被存储下来。

  在电影胶片、光碟等介质上以全息形式存储光编码信息,已经屡见不鲜。但最近,美国国家标准技术研究院联合量子研究所(JQI)用室温下的铷原子蒸气存储了两幅图像信息,且需要时还能通过摄像机重播出来,就像一个只有两帧画面的小电影。研究人员指出,这是首次将两幅图像同时存储在非固体介质上,并能在需要时回放。

  研究人员在一种名为梯度回波存储(GEM)的系统中实现了这一存储,存储介质是一种充满了铷原子蒸气的狭长小容器,约20厘米长。在GEM系统中,他们让信号激光束通过字母型模具,给字母图像编码,编码激光进入介质容器,图像各部分信息就会被原子吸收。研究人员说,介质容器中任何位置的原子都会吸收图像信息。而信息能否被吸收,取决于这些原子是否处于3个精心设计的场中:光信号电场、“控制”激光脉冲的电场和沿容器长度方向而变化的磁场。每个铷原子都像一个小磁体,在这些场的作用下运动。

  当图像被原子吸收后,控制光束被关闭,但要求两束专门的光子同时作用,一束激发原子,另一束使其返回基态。在此过程中图像信息被存储下来。

  图像读取则与此相反,使磁场翻转为原来的反方向,控制光束再次打开,原子开始以相反的方向运动。最终这些原子重新发光,再次形成图像脉冲从介质容器中发射出来。

  研究人员先存了一个字母N,后存入字母T,两帧画面间隔约1微秒,虽然播放时再次发出的光只有入射光的8%,但每次都能成功回放。论文作者之一的鲍尔·莱特说,用这种方式存储并播放图像,最大困难是如何避免原子散射。而存储时间越长,就会发生越多散射,以后播出时图像就会模糊不清。他们打算把这种图像存储技术和以前研究的“挤压光”结合起来,使回放发光效率达到87%。

  这种方法可用于存储、处理量子信息,有助于解决相干性和外界隔离等问题。论文领导作者昆汀·格罗瑞奥克斯说,这种存储方法对构建量子网络,开发计算、通讯、计量用量子设备提供了有力补充。“每个人都熟悉图像和电影,而我们想把它们推进到量子水平。如果能以量子信息存储一幅或多幅图像,有望加速量子网络早日到来。”
 

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