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研究概要

普遍な周期現象を利用して、皆で時間を共有する道具が時計です。太古から人々は、太陽の位置―地球の自転―を測って時間を共有してきました。現在では、遥かに正確な周期性をもつ原子の振動で時間を決めています。さらに進化した原子時計は、重力によって曲がった相対論的な時空を映し出すことで他者との時間共有の難しさを浮き彫りにしています。この一方、原子時計は、原子時計が基礎をおく物理定数の恒常性まで研究の対象にしようとしています。
光格子時計は、魔法波長のプロトコルによって、超高速・高精度な新たな原子時計の可能性を提起しました。2001年の提案以来、現在までに20以上の研究拠点で開発が進み、光格子時計の精度は、現行のSI秒の精度を凌駕し秒の再定義を迫ろうとしています。
当チームでは、原子物理学・量子光学の手法を総動員して光格子時計の高精度化・小型化と長時間連続運転の実現に取り組み、光格子時計が生み出す新たな時間リソースを使った時空間エンジニアリングを展開しています。たとえば、可搬型の光格子時計をフィールドにもち出せば、原子時計は重力ポテンシャル計として機能するでしょう。このような、相対論的測地の与えるインパクトを実験的に探究していきます。

研究分野

総合理工、工学

キーワード

量子エレクトロニクス、原子時計、量子計測、光格子時計、相対論的測地学

研究テーマ

1. 光格子時計の実用化に向けた応用の開拓
2. 相対論的測地技術の構築
3. 次世代可搬型光格子時計の開発

主要論文

1. Takamoto, M., Ushijima, I., Ohmae, N., Yahagi, T., Kokado, K., Shinkai, H., and Katori, H.: "Test of general relativity by a pair of transportable optical lattice clocks", Nat. Photonics 14, 411-415 (2020).
2. Ushijima, I., Takamoto, M., and Katori, H.: "Operational magic intensity for Sr optical lattice clocks", Phys. Rev. Lett. 121, 263202 (2018).
3. Takano, T., Takamoto, M., Ushijima, I., Ohmae, N., Akatsuka, T., Yamaguchi, A., Kuroishi, Y., Munekane, H., Miyahara, B., and Katori, H.: "Geopotential measurements with synchronously linked optical lattice clocks", Nat. Photonics 10, 662-666 (2016).
4. Yamanaka, K., Ohmae, N., Ushijima, I., Takamoto, M., and Katori, H.: "Frequency ratio of 199Hg and 87Sr optical lattice clocks beyond the SI limit", Phys. Rev. Lett. 114, 230801 (2015).
5. Ushijima, I., Takamoto, M., Das, M., Ohkubo, T., and Katori, H.: "Cryogenic optical lattice clocks", Nat. Photonics 9, 185-189 (2015).

主要メンバー