2022 Fiscal Year Research-status Report
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22K03496
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| Research Institution | Gakushuin University |
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Principal Investigator |
柴田 康介 学習院大学, 理学部, 助教 (90735440)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 量子気体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子力学における測定の重要性は、量子情報処理、量子計測などの多岐にわたる。その中で、量子非破壊測定を用いた物理量の連続測定は、量子力学の基礎の検証という学術的意義に加え、古典限界を上回る計測を達成しうる手段としても注目される。これまで、単一の量子系の量子非破壊的連続観測が実証されてきている。本研究では、従来の研究の枠を超えて、量子非破壊的な連続観測を複数の物理量について行う。具体的には、中性ルビジウム原子のボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)の集団スピンを複数の地点について連続的にプローブし、系のダイナミクスや量子相関（スピンスクイージング）について研究することを目指している。
今年度は、アルカリ原子の量子非破壊測定を妨げる要因となる要素の検討を主に行った。まず、プローブ光による原子のスピン状態の変化の影響を減らすため、実験ごとのプローブパルス強度を安定化させる技術を開発した。また、プローブ進行方向の磁場にともなうスピンの向きの変化に起因する古典的な雑音が、長期的な測定を行った場合に、量子雑音に比べ無視できないことに気づいた。バイアス磁場を増強することでスピンの向きの変化を低減するとともに、原子セル付近の磁場の安定化に適した小型の磁場センサを導入し、その性能評価を行った。さらに、部分的な原子集団を用いた場合にも量子非破壊測定の条件が十分に満たせるように原子集団形状を変更するための、光強度整形技術を開発した。
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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
本研究課題の目標を達成するには、極めて小さいスピンの量子雑音を精密に測定する必要があり、実験技術の改善も重要な課題である。本年度の研究により、部分的な（したがって少数の原子しか含まない）原子集団を量子非破壊測定する準備が整ったと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究を踏まえ、光強度安定化、磁場安定化、ならびに、原子を捕獲するトラップ光の整形を組み合わせて、ボース・アインシュタイン凝縮体を構成する原子の部分集団の量子非破壊測定の実現を目指す。
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| Causes of Carryover |
研究年度後半に装置の不測のトラブルがあり、予定していた光学機器の設置をとりやめたため次年度使用額が生じた。想定していた光学機器を今後購入する予定である。
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