時空間エンジニアリング研究チーム

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

物理学 / 工学

研究テーマ

• 超高精度・光格子時計の開発
• 高精度原子時計の比較による物理定数の恒常性の探索
• 高精度原子時計による重力ポテンシャル計の開発
• 極低温中性原子を用いた量子情報処理技術の研究
• 相対論的測地技術の開拓

主要論文

1. Hidetoshi Katori, "Optical lattice clocks and quantum metrology," Nature Photon 5, 203-210 (2011)
2. Masao Takamoto, Tetsushi Takano, and Hidetoshi Katori, "Frequency comparison of optical lattice clocks beyond the Dick limit," Nature Photon. 5, 288-292 (2011)
3. Atsushi Yamaguchi, Miho Fujieda, Motohiro Kumagai, Hidekazu Hachisu, Shigeo Nagano, Ying Li, Tetsuya Ido, Tetsushi Takano, Masao Takamoto, and Hidetoshi Katori, "Direct Comparison of Distant Optical Lattice Clocks at the10^-16 Uncertainty," Appl. Phys. Exp. 4, 082203 (2011)
4. H. Katori, K. Hashiguchi, E. Yu. Il'inova, V. D. Ovsiannikov, "Magic Wavelength to Make Optical Lattice Clocks Insensitive to Atomic Motion," Phys. Rev. Lett. 103, 153004 (2009)
5. M. Takamoto, H. Katori, S. I. Marmo, V. D. Ovsiannikov, and V. G. Pal'chikov, "Prospects for Optical Clocks with a Blue-Detuned Lattice," Phys. Rev. Lett. 102, 063002 (2009)
6. Tomoya Akatsuka, Masao Takamoto, and Hidetoshi Katori, "Optical lattice clocks with non-interacting bosons and fermions," Nat. Phys. 4, 954-959 (2008)
7. H. Hachisu, K. Miyagishi, S. G. Porsev, A. Derevianko, V. D. Ovsiannikov, V. G. Pal’chikov, M. Takamoto, and H. Katori, "Trapping of Neutral Mercury Atoms and Prospects for Optical Lattice Clocks," Phys. Rev. Lett. 100, 053001 (2008)
8. M. Takamoto, F.-L. Hong, R. Higashi, and H. Katori, "An optical lattice clock," Nature 435, 321-324 (2005)
9. Masao Takamoto and Hidetoshi Katori, "Spectroscopy of the ¹S₀-³P₀ Clock Transition of ⁸⁷Sr in an Optical Lattice," Phys. Rev. Lett. 91, 223001 (2003)
10. Hidetoshi Katori, Masao Takamoto, V. G. Pal'chikov, and V. D. Ovsiannikov, "Ultrastable Optical Clock with Neutral Atoms in an Engineered Light Shift Trap," Phys. Rev. Lett. 91, 173005 (2003)