2020 Fiscal Year Annual Research Report
Beating the standard quantum limit with broadband quantum locking for the space gravitational wave detector DECIGO
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19H01924
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
川村 静児 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (40301725)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 原始重力波 / DECIGO / 量子ロッキング / 標準量子限界 / 光バネ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、スペース重力波アンテナDECIGOが、宇宙誕生直後のインフレーションの期間に生成された原始重力波の検出をより確実に行えるように、我々が考案した、光バネを用いた量子ロッキングの有効性を実証し、DECIGOの目的感度を改善することである。2019年度には、理論面では、、量子ロッキングの効果を評価する方法として平方完成を利用した手法を考案し、それを用いて量子雑音の最適化を行った。また、実験面では、固定鏡を用いた主光共振器システムを構築し、その振る舞いの特性評価を行った。
2020年度の研究実績は、まず理論面においては、光バネを組み込んだ量子ロッキングの量子雑音のシミュレーションを行い、設計パラメータの最適化を行ったことである。具体的には、サブ共振器のフィネス、ホモダイン位相、主共振器のディチューニングをフリーパラメータとして、原始重力波に対する信号雑音比に対しての最適化を行った。その結果、光バネ付き量子ロッキングにより信号雑音比が100倍程度に改善できることが分かった。またDECIGOに量子ロッキングを組み込まない形での、設計パラメータの最適化も行った。実験面においては、まず、主共振器の制御回路の最適化を行った。制御のループゲインをピエゾ素子と鏡の系の持つ機械的な共振特性を計測し、安定な制御を実現した。また、補助共振器システムを追加構築し、組み立てを行った。そして、一つの鏡を共有する形で2つの光共振器の動作の準備が完了した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理論面では、光バネ付き量子ロッキングの量子雑音最適化に成功し、また、量子ロッキングなしの場合の最適化も行い、論文を3本発表することができ、当初の計画を上回る進展状況であった。
実験面では、光共振器の制御の最適化と2台の動作の準備はできたのだが2台の動作にはいたらなかった。したがって、進展としては若干遅れ気味であった。
これらを総合すると、研究全体としては、「おおむね順調に進展している。」と判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、理論面においては、量子ロッキングを使わない形で、量子雑音だけでなく熱雑音などの他の雑音も組み込んだ形での設計の最適化を行う。また、実験面においては、補助共振器システムを動作させる。そして、固定鏡を用いた古典雑音による模擬実験を行う。ショットノイズは電気雑音を発振器により光検出器の後ろに印加して模擬する。また、輻射圧雑音に関しては、固定鏡に取り付けられたピエゾ素子を使って鏡を振動させることにより模擬する。これらの模擬量子雑音が本手法により低減することを確認する。
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[Journal Article] Quantum Noise in a Fabry-Perot Interferometer Including the Influence of Diffraction Loss of Light2021
Author(s)
Shoki Iwaguchi, Tomohiro Ishikawa, Masaki Ando, Yuta Michimura, Kentaro Komori, Koji Nagano, Tomotada Akutsu, Mitsuru Musha, Rika Yamada, Izumi Watanabe, Takeo Naito, Taigen Morimoto, and Seiji Kawamura
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Journal Title
Galaxies
Volume: 9
Pages: 9010009
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Improvement of the target sensitivity in DECIGO by optimizing its parameters for quantum noise including the effect of diffraction loss2021
Author(s)
Tomohiro Ishikawa, Shoki Iwaguchi, Yuta Michimura, Masaki Ando, Rika Yamada, Izumi Watanabe, Koji Nagano, Tomotada Akutsu, Kentaro Komori, Mitsuru Musha, Takeo Naito, Taigen Morimoto, and Seiji Kawamura
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Journal Title
Galaxies
Volume: 9
Pages: 9010014
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] スペース重力波アンテナDECIGO計画(129)：回折損失のある場合の量子雑音2021
Author(s)
岩口翔輝, 石川智浩, 安東正樹, 道村唯太, 小森健太郎, 長野晃士, 阿久津智忠, 武者満, 山田梨加, 渡辺泉実, 内藤丈雄, 森本泰玄, 川村静児
Organizer
日本物理学会
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[Presentation] スペース重力波アンテナDECIGO計画(130)：量子雑音の最適化2021
Author(s)
石川智浩, 岩口翔輝, 道村唯太, 安東正樹, 山田梨加, 渡辺泉実, 長野晃士, 阿久津智忠, 小森健太郎, 武者満, 内藤丈雄, 森本泰玄, 川村静児
Organizer
日本物理学会
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[Presentation] スペース重力波アンテナDECIGO計画(123)：感度向上のための量子ロッキングの検討12020
Author(s)
山田梨加, 榎本雄太郎, 渡辺泉実, 西澤篤志, 長野晃士, 黒柳幸子, 苔山圭以子, 小森健太郎, 道村唯太, 内藤丈雄, 森本泰玄, 石川智浩, 岩口翔輝, 安東正樹, 古澤明, 川村静児
Organizer
日本物理学会
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[Presentation] スペース重力波アンテナDECIGO計画(124)：感度向上のための量子ロッキングの検討22020
Author(s)
渡辺泉実, 山田梨加, 榎本雄太郎, 西澤篤志, 長野晃士, 黒柳幸子, 苔山圭以子, 小森健太郎, 道村唯太, 内藤丈雄, 森本泰玄, 石川智浩, 岩口翔輝, 安東正樹, 古澤明, 川村静児
Organizer
日本物理学会
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