量子物理学促成了如计算机、智能手机、GPS等许多技术的进步。它现在正在开辟新的密码学研究领域，旨在开发出一种超级安全的电信网络。然而有一个障碍是，在光纤中传输了几百公里之后，携带以量子态编码的信息的光子消失了。因此，我们需要为这种网络开发一种基于量子存储器的中继器。现在，日内瓦大学(UNIGE)的一个研究团队实现了将一个量子比特在晶体中存储了20毫秒，这创造了新的世界纪录，并朝着长距离量子通信网络的发展迈出了重要一步。

量子理论现在是密码学研究的核心。当信息通过光纤内的光子在两个对话者之间传输时，量子理论可以完美的保证信息(量子比特)的真实性和机密性，因为量子叠加现象能让发送者立即知道传递信息的光子是否被截获。然而，长距离量子通信系统的发展存在一个主要障碍：当两者间距离超过几百公里时，光子会丢失从而导致信息会消失。由于信号不能被复制或放大——它会失去保证其机密性的量子态——挑战在于找到一种在不改变信号的情况下重复信号的方法，特别是基于量子存储器而创建“量子中继器”。

2015年，由日内瓦大学理学院应用物理系高级讲师Mikael Afzelius领导的团队，成功地将光子携带的量子比特在晶体中存储了0.5毫秒。这个过程允许光子在消失之前将其量子态转移到晶体的原子上。然而，这种现象并没有持续足够长的时间以构建出更大的存储器网络，而这是发展长距离量子通信的先决条件。

在欧洲量子旗舰计划的框架内，Mikael Afzelius的团队现在通过将一个量子比特存储了20毫秒，成功地大幅增加了这一持续时间。研究人员兴奋地说道：“这是基于固态系统的量子存储器的新世界纪录，在我们的实验情况下是一种晶体。我们甚至设法达到了100毫秒的时间，但这种存储器的保真度会略有下降。”

与他们之前的工作一样，日内瓦大学的科学家们利用掺杂了某些稀土金属(他们使用的铕)的晶体，这种晶体能够吸收光然后还能重新将其发射出来。这些晶体保持在-273.15°C(绝对零度)附近，因为超过该温度10°C，晶体的热扰动就会破坏晶体中原子的纠缠。

日内瓦大学应用物理系的博士后研究员Antonio Ortu解释说：“我们对晶体施加了千分之一特斯拉的小磁场，并使用了动态去耦方法，其中包括向晶体发送强烈的无线电频率。这样做的目的是将稀土离子与环境扰动中解耦，并将我们迄今为止已知的存储性能提高了近40倍。”

这项研究成果意味着长距离量子通信网络发展的取得重大进步。研究人员还将光子携带的量子态的存储带到了人类可以估计的时间尺度。然而，仍有一些挑战需要解决。研究人员表示还需要进一步延长存储的时间。此外，还必须找到设计新存储器的方法，这种存储器需要能够一次存储多个光子，因此具有纠缠的光子将更加能保证机密性。（编译:Qtech）