新しい原理の原子時計「光格子時計」

SDGs

研究内容

セシウム原子時計の発明により、GPSによる測位や超高速大容量通信ネットワークのタイミング制御など、現代生活を支える基幹技術が生み出されてきた。しかし、セシウム原子時計でも精度の限界があり、セシウム原子の熱運動や、他の原子との相互作用が原因で3000万年に1秒の誤差（15桁の精度）が生じる。
この研究室では、セシウム原子時計を越える精度の原子時計「光格子時計」について研究している。「光格子時計」はレーザー冷却した約100万個の原子を、ある特定の波長（魔法波長）で光トラップし、原子の遷移周波数を測定することで正確な1秒を決めるという原理であり、理論的には1秒で18桁の遷移周波数計測が可能になる。この精度では、時計を1cm高く置くだけで、重力によって時計の進みが早くなることがリアルタイムで計測できる。

光格子時計の概念図
(a)３次元的な光の干渉縞を作り、それぞれの電場の腹に原子を１個ずつ捕獲する。(b)魔法波長のレーザー光で光格子を構成するとき、光電場の摂動は遷移周波数を変化させない。
© 香取秀俊

想定される応用

この精度の原子時計はもはや時間合わせの道具ではなく、曲がった時空を照らし出すプローブとしての役割を担い、新たな計測技術を創出するだろう。たとえば、重力シフトを高精度に検出することは、地底に眠る資源の探索や地殻変動を観測する、相対論的測地学ともいうべき新たな分野を切り拓くツールとして期待される。

連携への希望

この技術の実用化に向けて共に取り組む、連携先からのコンタクトを歓迎する。

公開日 / 更新日

2021年11月25日

識別番号

No. 00055-01

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