量子論的弱値増幅を応用した高精度位相測定法の開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24654133
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 阿久津 智忠 国立天文台, 光赤外研究部, 助教 (40564274)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 量子光学 / 超精密測定

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、量子測定理論を応用した新方式の超精密測定方法の開発を目指すものである。これまでの量子非破壊測定は、不確定性原理の壁を打ち破るための測定系が複雑化し、原理検証実験のレベルにとどまる事が多く、実際の測定器への応用面での難しさがあった。これに対し、近年研究の進められている弱値（weak value）の増幅を応用すれば、比較的シンプルな測定系で高精度な測定ができる可能性があった。
本研究期間内では、この方法の基礎的な部分を実験面から確認すること、および理論面から検出原理を補強することを目指した。
平成24年度は、この実験系で構成する3つの要素（光源、光学系、信号取得系）のうち、光源の開発を中心に行った。光源としては波長1um付近のピコ～フェムト秒のパルスレーザーを用いることを考えていたが、コスト等の面で試行錯誤した結果、自作で用意することとした。また、議論していくなかで、当初計画していたパルスレーザー光源以外にも、連続波であっても空間的に高次のモードを持つ光源も有用であることが分かった。このため、空間位相変調器を別途導入し、高次の空間モードを様々に設定できるようにした。
平成25年度は、前年度に用意したパルスレーザーの安定発振に注力したほか、信号取得系の具体的な実装方法について中心に議論をすすめた。原理的には、干渉計で光が経験した位相差は、干渉光を周波数空間で観測した際の中心周波数のずれとして現れるのであるが、これを実際に検出する方法として、信号対雑音比の観点で検討を進めた。
平成26年度は、ここまでの議論のうち主に理論面での成果を共著者とともに論文にまとめ投稿した（査読中）。また、信号取得系の構築として、まずは基礎的なステップとして確認すべき、前述した位相差による中心周波数シフトを確認するための装置を用意した。
今後の計画としては、信号対雑音比の向上を目指していきたい。