Ultra-Dense Optical Storage -- on One Photon
http://physorg.com/news88439430.html
http://www.rochester.edu/news/show.php?id=2723
January 19, 2007
Rochester 大學的研究者已經達到一項光學的突破，這允許他們將整張影像的資料編碼到單一光子當中，將影像變慢以便於儲存，接著可以原封不動的重新獲得影像。
雖然在最初的測試影像當中只包含數百個像素，不過有大量的資訊將能透過這項新技術來儲存。
該影像是一個 "UR" 亦即 University of Rochester，由單一的光脈衝所構成，而該團隊能將上百個這樣的脈衝同一時間塞入一個細小、 4 英寸的容器（cell）中。將如此大量的資訊擠壓到如此小的空間中，並能完整無缺的重新取得，這替光學緩衝器開啟了一扇大門 -- 將資訊儲以光的形態儲存。
"那聽起來有點不可思議，不過不只是儲存 0 與 1 而已，我們存的是一個完整的影像，" John Howell，他是助教授同事也是創造此裝置的團隊領導人，詳細內容將在今日（19） Physical Review Letters 的線上版揭露。
"這之間的差異，可以用單一像素與相機拍攝一張圖片來比擬 -- 這就好像一台 600 萬像素的相機。"
"你能在一個光脈衝當中放入極大量的資訊，不過在一般狀況下，你若嘗試要讓它緩衝下來，那麼你就會喪失許多資訊，" Ryan Camacho 表示，他是Howell 的已畢業學生，亦是該文章的領導作者。"我們證明了要從非常低的光線水平，取出大量的資訊並擁有相當高的噪訊比（SNR）是可能的。"
光學緩衝現在是一個相當熱門的領域，因為工程師正嘗試以光加速電腦處理速度還有網路速度，不過當他們要將光訊號轉換成電子訊號，以便儲存資訊時時，整個系統就陷入了泥淖當中，即便時間很短暫也是一樣。
Howell 的小組使用了一種全新的方式，他可以保存光脈衝的完整特性。這些被緩衝的光脈衝基本上與原來完全相同；沒有扭曲變形、沒有額外的衍射，連原始信號的相位與震幅都都被保存。Howell 現在甚至要證明連量子糾結狀態都未曾變過。
為了要產生 UR 的影像，Howell 只發出一道光線，讓它通過蝕刻出 U 與R 的模板（stencil）。任何玩過皮影戲偶（shadow puppets）的人都知道它如何運作，但 Howell 能夠將光線 "轉慢" 如此之多，以致於只有單一光子能夠通過模板。
量子力學能在這種尺度下，支配著某些奇怪的事，所以那一丁點光線能夠被視為同時以粒子與波的方式存在。身為一個波，它能一次就穿越模板的每個部份，攜著 UR 的 "影子"。光脈衝接著進入 4 英寸長，充滿 100 度Ｃ，溫暖的銫原子氣體 cell 中，在那裡，光被減速並且被壓縮，這讓許多脈衝同時被裝入這個小管裡。
"John 在所送出的影像當中所包含的所有資訊，相較之下比之前任何人已經做過的還要多，" 南加大的電子工程教授，同時也是 IEEE 雷射與光學協會的總裁， Alan Willner 表示。"能辦到那樣，並且維持訊號的純正 -- 這是一項了不起的成就。"
Howell 到目前為止已經能夠將光脈衝延遲 100 奈秒，並將它們壓縮到原來長度的 1%。他現在正進一步研究要將一堆脈衝延遲到數微秒之久，還有將多達 10000 個脈衝延遲到 1 奈秒。
"現在我要看看我們是否能將某些東西延遲到差不多是『永久』，甚至是在單一光子的程度，" Howell 表示。"如果我們能辦到，我們就會尋求是否能將難以計數的龐大資訊儲存到只有數個光子中。"
