2013 Fiscal Year Research-status Report
単一原子の無損失状態検出による光子の非破壊オンオフ検出
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25800224
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
竹内 誠 東京大学, 総合文化研究科, 助教 (60552106)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | レーザー冷却 / 状態トモグラフィー / ウィグナー関数 / ラマン遷移 |
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| Research Abstract |
S. Haroche(2012年ノーベル物理学賞)らは、マイクロ波周波数領域で、共振器内に定在波として滞在する光子に対して、光子数の非破壊測定を実現した。それに対し本研究では、光周波数領域で、自由空間を伝搬する光子に対して、光子数の非破壊 ON/OFF 検出（有無の検出）を目指す。その手順として、1 光子レベルのプローブ光で単一原子に誘導ラマン遷移を誘起し、異なる基底準位へ遷移したかどうかを、Cavity QED 系を用いた無損失状態検出により確認する。もし遷移していれば光子 ON と推定できるので、光子の非破壊 ON/OFF 検出が可能となる。
そこでまず、誘導ラマン遷移に必要な、2台の外部共振器型半導体レーザーを製作した。室温ガスセルを用いて、飽和吸収分光、偏光分光を行い、2台のレーザーの正常動作を確認した。
次に、Cavity QED系に用いる凹面ミラーを所望の曲率半径で製作するため、波動光学におけるウィグナー関数を、量子光学におけるウィグナー関数と同様に、断層撮影から再構築する測定技術を開発した。本研究では、炭酸ガスレーザーを用いて光ファイバー端面にレーザー加工することで、曲率半径が1mm程度の凹面ミラーを製作する。これまで、曲率半径はAFMやSEM装置に運び出して測定されていたため、所望の曲率半径で製作できるかどうかは、確率的である。開発した測定技術により、加工された端面の凹面形状を、その場で測定できるようになった。
さらに、原子の熱運動をレーザー光を用いて冷却し、超高真空容器内に捕獲するための、真空装置の構築を行った。冷却・捕獲のための光路を残したステンレスチャンバーを設計し、組み立て、10の-7乗Torrの真空度を確認した。
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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
波動光学におけるウィグナー関数を断層撮影から再構築する測定技術を開発したが、量子光学と波動光学は非常に類似性が高いことが分かった。そこで本研究の目的からは少し離れるが、シュレディンガーの猫状態と呼ばれる巨視的状態の重ね合わせや、EPR相関と呼ばれるエンタングルメントを持つ状態のと実験を進めた。
Cavity QED実験に用いる凹面ミラーは、最適な曲率半径をより厳密に検討した方がと考え、次年度に行うこととした。その代わりに、次年度に計画していた、レーザー光源や真空装置の構築を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
2台のレーザーの周波数差を、原子のエネルギー準位の分裂周波数に固定することで、ラマン遷移を確認する。
レーザー加工したファイバー端面をAFMやSEMで測定し、波動光学におけるウィグナー関数測定から推測した曲率半径と一致することを確認する。
真空装置の真空度をより高め、レーザー冷却と単一原子の捕獲を行う。
最適な曲率半径を厳密に検討し、誘電体多層膜コーティングを専門業者に依頼する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
真空装置を構築していた際に、所有していたオイルフリー真空ポンプが、経年劣化により使用不能となった。真空ポンプは必要不可欠なため、新たなオイルフリー真空ポンプを購入することにした。
そのため、レーザー加工により形成した凹面に、誘電体多層膜コーティングを専門業者に依頼することが不可能となった。最適な曲率半径をより詳細に計算し、凹面が設計通りに形成されていることを多面的に測定してから依頼すればよいと考え、次年度に使用することとした。
誘電体多層膜コーティングを専門業者に依頼するために使用する。この次年度使用額だけでは不足なので、次年度の受領額と組み合わせて使用する。
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