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2013 Fiscal Year Annual Research Report

冷却原子を用いた量子制御

Planned Research

Project AreaQuantum cybernetics - interdisciplinary studies of quantum controls and developments toward quantum computing
Project/Area Number 21102005
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

高橋 義朗  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40226907)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 向井 哲哉  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (70393775)
Project Period (FY) 2009-07-23 – 2014-03-31
Keywords原子・分子物理 / 超精密計測 / 超伝導材料・素子 / 量子エレクトロニクス / アトムチップ
Research Abstract

光格子中の超低温原子集団に関する観測法について、高い空間分解能を持ったイメージング技術と、高い周波数分解能を持ったスペクトロスコピー技術の二つの究極の計測技術を組み合わせて、単一の層の2次元量子気体に対して適用し、光格子を形成するポテンシャルのわずかな空間不均一性を、超狭線幅光学遷移を用いた高分解能分光により明らかにするとともに、2次元面内に磁場勾配を加えて、量子気体の磁気共鳴イメージングを行うことに成功した。さらに、基底状態と準安定状態の間の磁場フェッシュバッハ共鳴の観測および、フェッシュバッハ分子の光生成に成功にも成功した。
NTTでは、超伝導チップ上の冷却原子を用いた量子制御の研究を行なった。はじめに、チップ上でRb原子のボース凝縮体(BEC)|F, mF>=|2, +2>を生成し、ラジオ波(RF)で、その内部状態をF = 2内の磁気副準位(mF)間でコヒーレントに制御することに成功した。次に、|1,-1>を初期状態としてBECを生成し、マイクロ波とRFにより、|1,-1>-|2, +1>間のコヒーレント制御を実現した。その結果、コヒーレンス時間が2桁改善され、|2, +1>状態原子間の非弾性衝突が顕著に現れる領域に到達した。本研究により、超伝導チップ上でのスピノルBECをコヒーレントに生成することが可能になり、「高密度擬1次元量子多体系のシミュレーション」を研究する道が拓けた。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (42 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (28 results) (of which Invited: 9 results) Book (1 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Optical spectral imaging of a single layer of a quantum gas with an ultranarrow optical transition2014

    • Author(s)
      Kosuke Shibata, Ryuta Yamamoto, Yu Seki, and Yoshiro Takahashi
    • Journal Title

      Phys. Rev. A

      Volume: Vol. 89 Pages: 031601(R)-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.89.031601

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coherent all-optical control of ultracold atoms arrays in permanent magnetic traps2014

    • Author(s)
      Ahmed Abdelrahman, Tetsuya Mukai, Hartmut Häffner, and Tim Byrnes
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: Vol. 22, No. 3 Pages: 3501-3513

    • DOI

      10.1364/OE.22.003501

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bose-Einstein condensate on a persistent-supercurrent atom chip2014

    • Author(s)
      Hiromitsu Imai, Kensuke Inaba, Haruka Tanji-Suzuki, Makoto Yamashita, and Tetsuya Mukai
    • Journal Title

      Applied Physics B

      Volume: 未定 Pages: 未定

    • DOI

      10.1007/s00340-014-5768-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Three-Dimensional Optical Lattice of Ytterbium and Lithium Atomic Gas Mixture2014

    • Author(s)
      Hideaki Hara, Hideki Konishi, Shuta Nakajima, Yosuke Takasu, and Yoshiro Takahashi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 83 Pages: 014003-1-8

    • DOI

      10.7566/JPSJ.83.014003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-sensitivity in situ fluorescence imaging of ytterbium atoms in a 2D optical lattice with dual optical molasses2014

    • Author(s)
      Kosuke Shibata , Ryuta Yamamoto, and Yoshiro Takahashi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 83 Pages: 014301-1-8

    • DOI

      10.7566/JPSJ.83.014301

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ramsey Interferometry Using the Zeeman Sublevels in a Spin-2 Bose Gas2013

    • Author(s)
      Mark Sadgrove, Yujiro Eto, Sawako Sekine, Hirosuke Suzuki, and Takuya Hirano
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: Vol. 82 Pages: 094002-1-6

    • DOI

      10.7566/JPSJ.82.094002

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control of Resonant Interaction between Electronic Ground and Excited States2013

    • Author(s)
      Shinya Kato, Seiji Sugawa, Kosuke Shibata, Ryuta Yamamoto, and Yoshiro Takahashi
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett

      Volume: Vol.110 Pages: 173201-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.110.173201

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ボース・アインシュタイン凝縮体を用いた磁力計2013

    • Author(s)
      衞藤雄二郎, 平野琢也
    • Journal Title

      応用物理

      Volume: 82 Pages: 769-772

  • [Journal Article] Spin-echo-based magnetometry with spinor Bose-Einstein condensates2013

    • Author(s)
      Yujiro Eto, Hayato Ikeda, Hirosuke Suzuki, Sho Hasegawa, Yasushi Tomiyama, Sawako Sekine, Mark Sadgrove, and Takuya Hirano
    • Journal Title

      Phys. Rev. A

      Volume: 88 Pages: 031602-1-4

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.88.031602

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strongly interacting array of Bose-Einstein condensates trapped in a one-dimensional optical lattice2013

    • Author(s)
      Makoto Yamashita, Shinya Kato, Atsushi Yamaguchi, Seiji Sugawa, Takeshi Fukuhara, Satoshi Uetake, and Yoshiro Takahashi
    • Journal Title

      Phys. Rev. A

      Volume: 87 Pages: 041604-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.87.041604

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Towards a Next-Generation Quantum Simulator : Quantum Gas Microscope of Ytterbium atoms in an Optical Lattice2013

    • Author(s)
      Ryuta Yamamoto, Kosuke Shibata, Yoshiro Takahashi
    • Organizer
      The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy “Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications”
    • Place of Presentation
      Nara Prefectural New Public Hall, Nara
    • Year and Date
      20130405-20130409
  • [Presentation] Spin-orbit coupling using ultranarrow optical transition of quantum gas of Ytterbium atoms2013

    • Author(s)
      Yusuke Nakamura
    • Organizer
      The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy “Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications”
    • Place of Presentation
      Nara Prefectural New Public Hall, Nara
    • Year and Date
      20130405-20130409
  • [Presentation] Towards construction of an optical Lieb lattice2013

    • Author(s)
      Shuta Nakajima, Takuei Nishio, Shintaro Taie, Yoshiro Takahashi
    • Organizer
      The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy “Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications”
    • Place of Presentation
      Nara Prefectural New Public Hall, Nara
    • Year and Date
      20130405-20130409
  • [Presentation] 超伝導永久電流アトムチップにおけるボース凝縮体のスピン状態制御

    • Author(s)
      今井弘光
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
  • [Presentation] スピン2ボース・アインシュタイン凝縮体におけるラーモア歳差運動の測定4

    • Author(s)
      長谷川翔,富山泰志,岩出聡,鴇田秀克,衞藤雄二郎,斎藤弘樹,平野琢也
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
  • [Presentation] CCDカメラを用いたポラリメーターの雑音特性

    • Author(s)
      富山泰志,長谷川翔,鴇田秀克,衞藤雄二郎,平野琢也
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
  • [Presentation] 光格子に導入された冷却Yb-Li原子混合系のふるまい

    • Author(s)
      小西秀樹,原秀明,Florian Schaefer,足立景亮,中島秀太,高須洋介,高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
  • [Presentation] Ybフェルミ原子における磁気フェッシュバッハ共鳴II

    • Author(s)
      田家慎太郎,渡邉俊介,中村悠介,高須洋介,高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
  • [Presentation] 低次元171Yb-174Yb混合気体の高感度観測

    • Author(s)
      山本隆太,柴田康介,関友宇,久野拓馬,山田琢允,高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
  • [Presentation] ,“Quantum Simulator of Strongly Interacting Quantum Many-Body Systems Using Atoms”

    • Author(s)
      Y. Takahashi
    • Organizer
      International Molecule-type Workshop on New correlations in exotic nuclei and advances of theoretical models
    • Place of Presentation
      Yukawa Institute, Kyoto University, Kyoto
    • Invited
  • [Presentation] Quantum Simulation Using Ultracold Ytterbium

    • Author(s)
      Y. Takahashi
    • Organizer
      FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology
    • Place of Presentation
      Hongo campus of The University of Tokyo, Tokyo
    • Invited
  • [Presentation] Control of Spins of Bose-Condensed Atoms

    • Author(s)
      Y. Eto, Y. Tomiyama, S. Hasegawa, S. Iwade, H. Tokita, and T. Hirano
    • Organizer
      FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology
    • Place of Presentation
      Hongo campus of The University of Tokyo, Tokyo
  • [Presentation] Possible Topological Superfluid using Ultracold Ytterbium Atoms

    • Author(s)
      Y. Takahashi
    • Organizer
      opological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmeteries The Fourth Annual Meeting
    • Place of Presentation
      Nagoya University, Nagoya
    • Invited
  • [Presentation] 光格子中の冷却原子実験

    • Author(s)
      高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス(徳島市)
    • Invited
  • [Presentation] 超高分解能レーザー分光による有限温度ボース・ハバード系の研究

    • Author(s)
      中村悠介,高須洋介,田家慎太郎,渡邉俊介(京大),稲葉謙介,山下眞(NTT),高橋義朗(京大)
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス(徳島市)
  • [Presentation] Lieb型光格子の実現

    • Author(s)
      西尾卓衛,中島秀太,田家慎太郎,小沢秀樹,高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス(徳島市)
  • [Presentation] イッテルビウム原子の量子気体顕微鏡の開発3

    • Author(s)
      山本隆太,柴田康介,関友宇,高橋義朗
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス(徳島市)
  • [Presentation] 磁場勾配中のスピン2ボース・アインシュタイン凝縮体のラーモア歳差運動

    • Author(s)
      衞藤雄二郎,長谷川翔,富山泰志,鴇田秀克,岩出聡,Mark Sadgrove,斎藤弘樹,平野琢也
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス(徳島市)
  • [Presentation] quantum simulation using ultracold ytterbium atoms in an optical lattice

    • Author(s)
      Takahashi Yoshiro
    • Organizer
      Bhose-Einstein Condensation 2013 - Frontiers in Quantum Gases
    • Place of Presentation
      Hotel Eden Roc, Sant Feliu de Guixols, Spain
  • [Presentation] Quantum Magnetism of Cold Atoms in an Optical Lattice

    • Author(s)
      Takahashi Yoshiro
    • Organizer
      QFS2013(Internatinal Symposium on Quantum Fluids and Solids), P2.2,
    • Place of Presentation
      くにびきめっせ(島根県松江市)
    • Invited
  • [Presentation] Quantum Simulation Using Ultracold Ytterbium Atoms in an Optical Lattice

    • Author(s)
      Takahashi Yoshiro
    • Organizer
      APPC12(第12回アジア太平洋物理会議), B3-2-I4,
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉市)
    • Invited
  • [Presentation] Ultracold Ytterbium atoms in an optical lattice

    • Author(s)
      Yoshiro Takahashi
    • Organizer
      SFB/ZOQ Colloquia SoSe 2013
    • Place of Presentation
      Center for Optical Quantum Technologies Seminar room, The Institute of Laser Physics, University of Hamburg, Germany
    • Invited
  • [Presentation] Production of a Bose-Einstein condensate on a persistent-supercurrent atom chip

    • Author(s)
      Hiromitsu Imai
    • Organizer
      International Conference on Laser Spectroscopy (ICOLS 2013)
    • Place of Presentation
      University of California, Berkeley (アメリカ)
  • [Presentation] Ultracold Ytterbium Atoms in an Optical Lattice

    • Author(s)
      Yoshiro Takahashi
    • Organizer
      Coherent Control of Complex Quantum Systems(C3QS 2014)
    • Place of Presentation
      OIST Seaside House, Okinawa, Japan
    • Invited
  • [Presentation] Quantum simulation with ultracold ytterbium atoms

    • Author(s)
      Yoshiro Takahashi
    • Organizer
      The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy “Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications”
    • Place of Presentation
      Nara Prefectural New Public Hall, Nara
    • Invited
  • [Presentation] High resolution photoassociation spectroscopy of ultra-cold Yb atoms for testing the square inverse law of the gravity

    • Author(s)
      Yosuke Takasu, Yuu Kikuchi, Hirotaka Yamada, Masaki Ando, Yoshiro Takahashi(Kyoto Univ.), Mateusz Borkowski, Roman Ciuryło, Paul S. Julienne
    • Organizer
      The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy “Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications”
    • Place of Presentation
      Nara Prefectural New Public Hall, Nara
  • [Presentation] Ultracold Fermi Gases of Ytterbium in a 3D Optical Lattice

    • Author(s)
      Shintaro Taie, Shunsuke Watanabe, Rekishu Yamazaki, Seiji Sugawa and Yoshiro Takahashi
    • Organizer
      The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy “Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications”
    • Place of Presentation
      Nara Prefectural New Public Hall, Nara
  • [Presentation] Towards Anderson-Hubbard Quantum Simulation Using Ultracold Yb-Li Mixture in an Optical Lattice

    • Author(s)
      Hideki Konishi, Hideaki Hara, Shuta Nakajima, Yosuke Takasu, Yoshiro Takahashi
    • Organizer
      The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy “Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications”
    • Place of Presentation
      Nara Prefectural New Public Hall, Nara
  • [Book] 固体物理<量子コンピューターへの道>特集号「冷却原子を用いた量子シミュレーション」Vol.48, No.112013

    • Author(s)
      中島秀太・高橋義朗
    • Total Pages
      155-163
    • Publisher
      アグネ技術センター
  • [Remarks] 京都大学 高橋義朗

    • URL

      http://yagura.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/index.html

  • [Remarks] 高橋 義朗:2013年度仁科記念賞 受賞

    • URL

      http://www.nishina-mf.or.jp/prize.html

  • [Remarks] NTT 向井 哲哉

    • URL

      http://www.brl.ntt.co.jp/people/tetsuya/exp/index-j.html

URL: 

Published: 2015-05-28  

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