Realization of Macroscopic Entanglement with Optically Levitated Mirrors

• Project/Area Number: 15K13542
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Atomic/Molecular/Quantum electronics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Michimura Yuta 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80747006)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2017: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 光学浮上 / 光輻射圧 / 光共振器 / 量子力学 / 巨視的量子力学 / エンタングルメント / 量子非破壊計測 / レーザー

Outline of Final Research Achievements

We proposed a new method to optically levitate a mirror with two vertical Fabry-Perot cavities linearly aligned. With this configuration, we showed that both stable levitation and reaching the standard quantum limit of a milligram scale mirror are experimentally feasible with current technology. We also worked on the proof of principle experiment with a torsion pendulum to demonstrate the stability of our new configuration.
If we can realize the optical levitation with the proposed setup, we can realize a quantum entanglement between the positions of two macroscopic mirrors much heavier than the Planck mass. Our research paves the way to experimentally answer the fundamental question of the validity of quantum mechanics in macroscopic scales.

Research Products

• [Journal Article] Optical levitation of a mirror for reaching the standard quantum limit (2017)
  • Author(s): Michimura Yuta、Kuwahara Yuya、Ushiba Takafumi、Matsumoto Nobuyuki、Ando Masaki
  • Journal Title: Optics Express Volume: 25 Issue: 12 Pages: 13799-13799
  • DOI: 10.1364/oe.25.013799
  • NAID: 130007510803
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mirror actuation design for the interferometer control of the KAGRA gravitational wave telescope (2017)
  • Author(s): Michimura Yuta , Shimoda Tomofumi , Miyamoto Takahiro , Shoda Ayaka , Okutomi Koki , Fujii Yoshinori , Tanaka Hiroki , Barton Mark A , Takahashi Ryutaro , Aso Yoichi , et al.
  • Journal Title: Classical and Quantum Gravity Volume: 34 Issue: 22 Pages: 225001-225001
  • DOI: 10.1088/1361-6382/aa90e3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct measurement of optical-trap-induced decoherence (2016)
  • Author(s): Nobuyuki Matsumoto, Kentaro Komori, Sosuke Ito, Yuta Michimura, and Yoichi Aso
  • Journal Title: Physics Review A Volume: 94 Issue: 3 Pages: 033822-033822
  • DOI: 10.1103/physreva.94.033822
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 5-mg suspended mirror driven by measurement-induced back-action (2015)
  • Author(s): Nobuyuki Matsumoto, Kentaro Komori, Yuta Michimura, Gen Hayase, Yoichi Aso, Kimio Tsubono
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 92 Issue: 3 Pages: 033825-033825
  • DOI: 10.1103/physreva.92.033825
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 重力波観測に向けたレーザー強度安定化システムの開発 V (2018)
  • Author(s): 古畑貴行, 松島房和, 森脇喜紀, 小林かおり, 蒲原尚吾, 酒本春人, 北澤秀昌, 横川和也, 土井康平, 川村静児, 宮川治, 苔山圭以子, 中野雅之, 寺田総一, 阿久津智忠, 麻生洋一, 上田暁俊, 大石奈緒子, 道村唯太, 宗宮健太郎, 矢野和城, 佐藤孝, 大河正志, 齊藤高大, 志賀和成, 上原知幸, 大前宣昭, Tai Hyun Yoon
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Investigation of mechanical loss in torsion pendulums (2) (2018)
  • Author(s): Ching Pin Ooi, Tomofumi Shimoda, Kentaro Komori, Yuta Michimura, Masaki Ando
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAの初期観測へむけた主干渉計制御 (2018)
  • Author(s): 榎本雄太郎, 道村唯太, 麻生洋一, 宗宮健太郎, 宮川治, 苔山圭以子, 廣瀬榮一, 井上優貴, 阿久津智忠, 小森健太郎, 有冨尚紀, 下田智文, 長野晃士, 新井宏二, 和泉究, 山本博章
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] レーザー干渉計型重力波望遠鏡KAGRAの信号取得のための変調システム (2018)
  • Author(s): 山本晃平, 梶田隆章, 道村唯太, 宗宮健太郎, 榎本雄太郎, 上原知幸, 苔山圭以子, 中野雅之
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 第二世代重力波望遠鏡の高感度化 (2018)
  • Author(s): 道村唯太, 小森健太郎, 榎本雄太郎, 長野晃士, 宗宮健太郎, 灰野禎一, 端山和大, 西澤篤志
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 光リング共振器を用いたLorentz不変性検証（３） (2018)
  • Author(s): 酒井譲, 武田紘樹, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 光リング共振器を用いたLorentz不変性検証（４） (2018)
  • Author(s): 武田紘樹, 酒井譲, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 重力波干渉計KAGRAのためのキャリブレーションシステムの構築 (2018)
  • Author(s): 井上優貴, 阿久津智忠, 和泉究, 牛場崇文, 神田展行, 苔山圭以子, Richard Savage, Rishabh Bajapai, 鈴木敏一, 宍戸高治, Hsieh Bin-Hua, 土田怜, Chu Yu-Kuang, 都丸隆行, 灰野禎一, 道村唯太, 宮本晃伸, 宮本昂拓, 森脇喜紀, 山本尚弘, 横澤孝章
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] スペース重力波アンテナDECIGO計画 (90)：DECIGO/B-DECIGOの概要 (2018)
  • Author(s): 安東正樹, 他
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] ねじれ振り子型重力波検出器 TOBA(Phase-III) の開発 (9)：0.1Hz付近周波数帯の雑音の低減 (2018)
  • Author(s): 高野哲, 下田智文, 有冨尚紀, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] ねじれ振り子型重力波検出器 TOBA(Phase-III) の開発 (10)：改良計画 (2018)
  • Author(s): 下田智文, 高野哲, 有冨尚紀, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 量子輻射圧揺らぎ観測に向けたねじれ振り子光共振器のロック (2018)
  • Author(s): 小森健太郎, 榎本雄太郎, Ooi Ching Pin, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発（４） (2018)
  • Author(s): 和田祥太郎, 長野晃士, 川﨑拓也, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発（５） (2018)
  • Author(s): 川﨑拓也, 長野晃士, 和田祥太郎, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発（６） (2018)
  • Author(s): 長野晃士, 和田祥太郎, 川﨑拓也, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Laser Interferometry for Gravitational Wave Astronomy (2017)
  • Author(s): Yuta Michimura
  • Organizer: International OSA Network of Students Okinawa 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Possible KAGRA Upgrades (2017)
  • Author(s): Yuta Michimura, Kentaro Komori, Yutaro Enomoto, Koji Nagano, Kentaro Somiya
  • Organizer: Gravitational Wave Advanced Detector Workshop 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The status of KAGRA underground cryogenic gravitational wave telescope (2017)
  • Author(s): Yuta Michimura for the KAGRA Collaboration
  • Organizer: XV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Possibility of Upgrading KAGRA (2017)
  • Author(s): Yuta Michimura, Kentaro Komori, Yutaro Enomoto, Koji Nagano, Kentaro Somiya, Sadakazu Haino
  • Organizer: The 3rd KAGRA International Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical Cavity Tests of Lorentz Invariance (2017)
  • Author(s): Yuta Michimura, Hiroki Takeda, Yuzuru Sakai, Nobuyuki Matsumoto, Masaki Ando
  • Organizer: Light-driven Nuclear-Particle physics and Cosmology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of mechanical loss in torsion pendulums (2017)
  • Author(s): Ching Pin Ooi, Naoki Aritomi, Tomofumi Shimoda, Kentaro Komori, Yuta Michimura, Masaki Ando
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 重力波望遠鏡KAGRAの主干渉計高度化 (2017)
  • Author(s): 道村唯太, 麻生洋一, 宗宮健太郎, 宮川治, 苔山圭以子, 廣瀬榮一, 阿久津智忠, 榎本雄太郎, 長野晃士, 小森健太郎, 有冨尚紀, 下田智文, 新井宏二, 山本博章
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAにおけるTransmission Monitor Systemの開発III (2017)
  • Author(s): 両角達彦, 阿久津智忠, 三代木伸二, 都築俊宏, 道村唯太, 麻生洋一, 浦口史寛, 大渕喜之, 池之上文吾, 福島美津広, 齊藤栄
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 重力波干渉計KAGRAのための輻射圧キャリブレータの開発と評価 (2017)
  • Author(s): 井上優貴, 阿久津智忠, 上田綾子, 牛場崇文, 神田展行, 木村誠宏, 苔山圭以子, Richard Savage, 鈴木敏一, 宍戸高治, Hsieh Bin-Hua, 都丸隆行, 灰野禎一, 萩原綾子, 道村唯太, 宮本昂拓, 山本尚弘, 横澤孝章
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発(1) (2017)
  • Author(s): 和田祥太郎, 長野晃士, 川﨑拓也, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発(2) (2017)
  • Author(s): 川﨑拓也, 長野晃士, 和田祥太郎, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発(3) (2017)
  • Author(s): 長野晃士, 和田祥太郎, 川﨑拓也, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 量子輻射圧揺らぎ観測に向けたねじれ振り子光共振器の構築 (2017)
  • Author(s): 小森健太郎, Ooi Ching Pin, 榎本雄太郎, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 干渉計型重力波検出器と光学機械相互作用 (2017)
  • Author(s): 榎本雄太郎, 長野晃士, 道村唯太, 安東正樹, 古澤明, 川村静児
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] スペース重力波アンテナDECIGO計画(84)：DECIGO/B-DECIGOの概要 (2017)
  • Author(s): 安東正樹, 他
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] ねじれ振り子型重力波検出器 TOBA(Phase-III) の開発 (7)：低周波雑音の低減 (2017)
  • Author(s): 下田智文, 高野哲, 有冨尚紀, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] ねじれ振り子型重力波検出器 TOBA(Phase-III) の開発 (8)：鉛直地面振動からのカップリング雑音の解析 (2017)
  • Author(s): 高野哲, 下田智文, 有冨尚紀, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 光リング共振器を用いたLorentz不変性検証(1) (2017)
  • Author(s): 酒井譲, 武田紘樹, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 光リング共振器を用いたLorentz不変性検証(2) (2017)
  • Author(s): 武田紘樹, 酒井譲, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 鏡の光学浮上による標準量子限界の到達 (2017)
  • Author(s): 道村唯太, 長野晃士, 和田祥太郎, 川崎拓也, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 重力波望遠鏡KAGRAの低温動作に向けた主干渉計開発 (2017)
  • Author(s): 道村唯太, 麻生洋一, 宗宮健太郎, 宮川治, 苔山圭以子, 廣瀬榮一, 阿久津智忠, 榎本雄太郎, 小森健太郎, 有冨尚紀, 下田智文, 新井宏二, 山本博章
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [Presentation] ねじれ振り子での量子輻射圧揺らぎ観測に向けたレーザー光の周波数，強度安定化 (2017)
  • Author(s): 小森健太郎, 松本伸之, Ooi Ching Pin, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
• [Presentation] ねじれ振り子を用いた光学浮上の安定性検証(2) (2017)
  • Author(s): 和田祥太郎, 道村唯太, 桑原祐也, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [Presentation] ねじれ振り子型重力波検出器 TOBA(Phase-III) の開発(6): 変位センサ雑音および磁場雑音の低減 (2017)
  • Author(s): 有冨尚紀, Donatella Fiorucci, 下田智文, 桑原祐也, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [Presentation] ねじれ振り子型重力波検出器TOBA(Phase-III) の開発(5)： 地面振動カップリング雑音の低減 (2017)
  • Author(s): 下田智文, 有冨尚紀, 桑原祐也, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [Presentation] Lorentz不変性検証のための連続回転機構の開発 (2017)
  • Author(s): 酒井譲, 武田紘樹, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [Presentation] Lorentz不変性検証のための光リング共振器制御系の開発 (2017)
  • Author(s): 武田紘樹, 酒井譲, 道村唯太, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [Presentation] Status of KAGRA (2017)
  • Author(s): Yuta Michimura for the KAGRA Collaboration
  • Organizer: ELiTES 5th general meeting
  • Place of Presentation: Europa House (東京都港区)
  • Invited
• [Presentation] 光輻射圧による鏡支持方法の開発 (2016)
  • Author(s): 桑原祐也, 道村唯太, 牛場崇文, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] 光学ト ラップによる懸架鏡の遠隔冷却および熱的デコヒー レンスの低減 (2016)
  • Author(s): 小森健太郎, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAプロジェ クトの現状 (2016)
  • Author(s): 道村唯太
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [Presentation] 量子輻射圧揺らぎ観測に向けた低熱雑音ねじれ振り子の開発 (2016)
  • Author(s): 小森健太郎, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [Presentation] ねじれ振り子を用いた光学浮上の安定性検証 (2016)
  • Author(s): 和田祥太郎, 道村唯太, 桑原祐也, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [Presentation] ねじれ振り子型重力波検出器TOBA(Phase-III) の開発(4) : 変位センサ雑音および磁場雑音の低減 (2016)
  • Author(s): 有冨尚紀, 下田智文, 桑原祐也, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [Presentation] ねじれ振り子型重力波検出器TOBA(Phase-III) の開発(3)： 地面振動カップリング雑音の低減 (2016)
  • Author(s): 下田智文, 有冨尚紀, 桑原祐也, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [Presentation] 光リング共振器を用いたLorentz不変性検証の信号取得無線化による感度向上 (2016)
  • Author(s): 武田紘樹, 道村唯太, 松本伸之, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [Presentation] Recent news and status of the KAGRA gravitational wave telescope (2016)
  • Author(s): Yuta Michimura for the KAGRA Collaboration
  • Organizer: Optical Society of Korea Summer Meeting 2016
  • Place of Presentation: Busan (Korea)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 光ばねを用いた懸架鏡の遠隔冷却 (2015)
  • Author(s): 小森健太郎, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
  • Year and Date: 2015-09-28
• [Presentation] カーボンナノチューブ線を用いた低損失振り子の開発 (2015)
  • Author(s): 桑原祐也, 松本伸之, 牛場崇文, 井上翼, 苅田基志, 小森健太郎, 道村唯太, 安東正樹
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
  • Year and Date: 2015-09-28
• [Book] Higher order test of Lorentz invariance with an optical ring cavity (in Proceedings of the Fourteenth Marcel Grossmann Meeting) (2017)
  • Author(s): Yuta Michimura, Jake Guscott, Matthew Mewes, Nobuyuki Matsumoto, Noriaki Ohmae, Wataru Kokuyama, Yoichi Aso, Masaki Ando (Edited by Massimo Bianchi, Robert T. Jantzen, Remo Ruffini)
  • Total Pages: 4200
  • Publisher: World Scientific
  • ISBN: 9813226595
• [Book] Tests of Lorentz Invariance with an Optical Ring Cavity (2017)
  • Author(s): Yuta Michimura
  • Total Pages: 115
  • Publisher: Springer
• [Remarks] Yuta Michimura
  • URL: http://granite.phys.s.u-tokyo.ac.jp/michimura/wiki/