新型量子光盘概念有望将数据存储密度提高千倍，依赖量子缺陷和波长复用技术。

科学家们提出一种新型数据存储设备，利用量子力学的独特特性来实现超高密度的光存储。这种光学记忆装置由多个记忆单元组成，每个单元含有稀土元素嵌入在氧化镁(MgO)晶体中。稀土元素在受到光照后会发射光子，这些光子被附近的“量子缺陷”吸收。量子缺陷是晶体结构中的空位，这些位置包含未结合的电子，在光吸收后会被激发。

现有的光存储方式如CD和DVD受限于光的衍射极限，即数据的存储尺寸不能小于读取和写入数据的激光波长。然而，科学家们提出可以通过“波长复用”技术增加光盘的数据容量，即结合使用略微不同波长的光，以更高的密度存储数据。

研究人员设想将氧化镁和稀土发射体结合使用，这些元素会在特定波长上发射光，能够密集地排列在一起。相关研究成果已于8月14日发表在《物理评论研究》期刊上。

该研究的合著者、芝加哥大学分子工程学院的Giulia Galli教授表示：“我们研究了缺陷间能量转移的基本物理原理，可能是开发出一种高效光存储方法的基础。”

研究团队通过对光在纳米尺度上扩散的建模，分析了能量如何在稀土发射体和量子缺陷之间移动，以及量子缺陷如何存储吸收的能量。虽然科学界早已知道固体材料中的量子缺陷如何与光相互作用，但尚未研究光源与缺陷之间距离极近时其行为的变化，例如当稀土发射体在数纳米之内嵌入时的变化。

该研究显示，当量子缺陷吸收了稀土元素发射的窄带能量时，它们从基态被激发并进入自旋态。这种自旋状态的转换难以逆转，因此这些缺陷可能在未来成为数据存储单元，尽管还需要进一步研究其存储时长。此外，稀土发射体的窄带光波长更小，这使得该数据存储方式比现有的光学方法更具密度优势。

大多数量子技术通常在接近绝对零度的条件下运行，以抑制退相干和相位退化现象，即量子系统信息的丢失。为了让此技术在常温下可行，尚需解决一系列基本问题。

合著者、阿贡国家实验室的博士后研究员Swarnabha Chattaraj表示：“要将此技术应用于光存储的开发，我们还需解决激发态持续时间及如何读取数据等基础问题。但理解近场能量传输过程是向前迈出的重要一步。”

本文译自 Live Science，由 BALI 编辑发布。

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