波谐振系统工作中波被限制在有限的空间区域内。这种情况下光子（或粒子）的能量会出现量子效应，波的频率是一系列离散的值，对应不同的谐振模式。这是谐振腔系统在理想条件（无损耗）下的现象，这时谐振模式的寿命时间是无限长，但谐振带宽为零，即单频振荡。实际谐振腔系统往往是有损耗的，或由于内部材料的吸收损耗，或由于与外界的能量交换，这时谐振模式的寿命时间变得有限，相应存在一定的带宽。谐振模式在时域和频域上的行为，二者在数学上通过傅里叶变换相联系，可以从数学上严格地证明，其时间-带宽之积等于 2π，因此时间-带宽极限一直以来被认为是不可打破的。

而新的系统应用了磁光材料光子晶体边界的光子单向边缘态实现了光子传播中的非对称性。当同一种频率的光子（携带有信息）经过系统时，传统系统还将同时将一批光子以相同频率发射出去，而新系统利用控制能量以不同速率进入和离开谐振腔的方法，或者说设计进、出时间非对称的谐振系统，成功打破了一百多年来限制谐振器设计的“时间带宽极限”。

如图所示，左右两部分显然是不对称的。而且不对称程度越高，带宽就可以越大，太赫兹波段，传统的时间-带宽限制已经可以提高上千倍。从理论上说，在这些（时间）不对称系统中根本没有上限，带宽不再受制于能量的存储时间。用这次提出的方案进行光存储，可以比现有最好慢光存储方案的性能提高 40 倍。

对中国物理学具有重要意义

这项研究由来自中国、美国、加拿大和瑞士等4个国家6所大学的9名科研人员合作完成。原在浙江大学国家光学仪器国家重点实验室从事研究工作的沈林放老师（现为南昌大学空间研究院研究员）为文章的共同第一作者，浙江大学郑晓东及南昌大学邓晓华教授为文章共同作者。其中美、加科学家在研究技术路线方面提出了很好的创意，中方人员给出了具体而且非常有说服力的解决方案，该解决方案得到审稿人的赞赏。数值模拟工作由南昌大学邓晓华团队和浙江大学研究人员在共同努力下完成。

当然根据共同第一作者之一的沈林放教授描述，在论文写作部分，国外著名科学家发挥了不可替代的关键作用。这是中国理论物理界现状的真实反映。受限于长期以来的投入，理论物理界既不像文学界在改革开放后取得惊人的进步，又不像生物学界赶上八十年代世界科研大方向转变的顺风车。所以莫言能取得诺贝尔文学奖，屠呦呦能获得诺贝尔医学奖，而中国理论物理学界能进入诺奖提名都难。

这次的成果无疑具有非常重要的实际价值，如果继续努力很有可能出现新的突破，隐身衣、AR、VR都有可能成为现实，未来也有可能被授予诺贝尔奖。

现有方案证明了时间带宽极限是可以打破的，但所使用的方法仍不容易实现和推广，主要原因是目前光波段还缺乏磁光效应足够强的材料，这就是科学家把研究案例放在太赫兹波段的原因，但相信未来科学家会研制出光波段的强磁光新材料。由国外科学家提供的创意是相对不变的，实验的继续还有赖于新的实验方案和实验材料。也就是说未来这个领域，国内的话语权会越来越强。沈教授也表示：“接下来我们将在方案的具体器件开发和应用方面开展进一步研究，以便使我们在这方面的工作继续保持领先地位。”

（作者：余鹏鲲）

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