美用原子蒸气存储图像并成功回放
来源：科技日报 发布日期：2012年05月31日
科技日报讯（记者常丽君）据物理学家组织网5月30日（北京时间）报道，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。相关论文发表在最近出版的《光学快递》杂志上。
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。”
在很多科幻电影里，都有类似的场景，即剧中的人物可以对着真实人类的虚拟影像说话，而不是拿着电话和对方通话。这样的科幻场景或许正与我们的现实生活渐行渐近。因为相较于四年前以色列科学家在原子蒸气上实现图像存储30微秒，此次铷原子蒸气不仅存储了两幅图像信息，且需要时还可重播。无法想象，这类在气体中就可以实现影像存储及播放的方式，除了给人类带来方便之外，还意味着什么。
