Theoretical modeling of optomechanical pendulum for testing quantumness of gravity
Publicly Offered Research
| Project Area | The Natural Laws of Extreme Universe--A New Paradigm for Spacetime and Matter from Quantum Information |
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| Project/Area Number |
22H05263
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山本 一博 九州大学, 理学研究院, 教授 (50284154)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | オプトメカニクス / 重力量子もつれ / 巨視的量子現象 / 量子制御 / ウィーナーフィルター / 重力の量子性 / オプトメカ / マクロな量子現象 / 量子フィルター |
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| Outline of Research at the Start |
重力が示す量子力学的性質の検証を最終目標として、量子制御が可能な最も大きな質量を持つマクロな量子系をどのように実現し、重力が量子力学の枠組みに従うかどうかをどのように実験的に検証できるかを探究する。具体的にはオプトメカと呼ばれる光学機械振動子系に着目し、キャビティ光と相互作用するビーム模型に基づいた理論模型を構築する。低周波領域で重要となる鏡振動子の振り子モードと回転モードの相互作用を記述する理論模型を整備し、それらの自由度に現れるマクロな量子現象を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
巨視的物体の量子状態の実現と重力の量子性の検証に向け、光共振器を用いてレーザー光と結合した鏡（光学機械振動子）の理論模型の構築と量子状態の理論予言を行なった。第一に、現在実験で実現されている懸架鏡の光学機械振動子の理論模型として、有限の大きさを持った鏡と梁からなるビーム模型が光共振器のレーザー光と結合する理論模型をラグランジアンから出発して定式化を行なった。その結果、低周波数では重心の運動を表す振り子モードに加えて、鏡の回転を表す回転モードの２ モードによる定式化が可能であることを示した。梁の曲がりに伴う散逸を取り入れると、その周波数特性は周波数の逆数に比例する構造減衰で記述できることも示した。また、懸架鏡の光連続測定とフィードバック制御を想定し、ウィーナーフィルターを用いた推定により実現可能な量子状態の理論評価を行なった。このために必要な懸架鏡の振り子モードと回転モードに対する雑音を除去するウィーナーフィルターを構築した。キャビティ光の連続測定の条件下で実現される振り子モードの分散を表す条件付き共分散行列を評価することにより、実現される量子状態を評価した。 その結果、回転モードの適切な取り扱いにより実現される振り子モードの量子状態を明らかにした。それにより現在実現されている実験パラメーターを統合することで、ミリグラムスケール物体の量子状態の実現が可能であることを理論的に示した。さらに、これらの懸架鏡を二つ組み合わせたファブリ・ペロー・マイケルソン干渉計を構成することで、二つのミリグラムスケール物体の量子もつれ状態の実現も可能になることを理論的に明らかにした。これらの結果は、重力の量子性の検証実験に向けたマイルストーンとして重要である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(18 results)
