Engineering of superradiance of laser-cooled trapped ions

• Project/Area Number: 15K05239
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Atomic/Molecular/Quantum electronics
• Research Institution: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: Hayasaka Kazuhiro 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所量子ICT先端開発センター, 研究マネージャー (10359086)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2017: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2015: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: イオントラップ / 共振器量子電磁力学 / 超放射 / 光時計 / 共振器電磁量子力学

Outline of Final Research Achievements

Precise optical frequencies can be derived from laser-cooled ions in ion traps. The single-ion optical clock exploits this feature. However, the strategy for extending it to multiple-ion versions to improve the performance has not been known until recently. We have shown theoretically and experimentally that such extensions are feasible with implementations such as the superradiant ion clock using thousands of ions and multi-ion clock based on tens of ions. These new clocks will lead to higher precision of the GPS system and faster transfer rates of optical communications in future.

Research Products

• [Presentation] Characterization of a planar trap fabricated on a SiO2 substrate (2018)
  • Author(s): M. Nakamura, K. Hayasaka, K. Furusawa, I. Morohashi, N. Sekine, T. Mukaiyama, U. Tanaka
  • Organizer: The 10th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generation of anharmonic potential for isospaced ionstrings with a planar trap (2018)
  • Author(s): M. Kitao, K. Hayasaka, T. Mukaiyama, U. Tanaka
  • Organizer: The 10th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 複数イオンによるイオン光時計の高安定化 (2018)
  • Author(s): 早坂和弘
  • Organizer: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] プレーナートラップでのCa+イオン等間隔配列動作 (2018)
  • Author(s): 北尾 政義、早坂 和弘、向山 敬、田中歌子
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Si系基板プレーナートラップの特性評価II (2018)
  • Author(s): 中村 充宏、早坂 和弘、古澤 健太郎、諸橋 功、関根 徳彦、向山 敬、田中 歌子
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Collective Coupling of Trapped Ions to a High-Finesse Cavity toward Superradiant Lasing (2017)
  • Author(s): K. Hayasaka, M. KItao, U. Tanaka
  • Organizer: The 24th General Congress of International Commission for Optics
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル(東京都新宿区)
  • Year and Date: 2017-08-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Collective Coupling of Trapped Ions to a High-Finesse Cavity toward Superradiant Lasing (2017)
  • Author(s): K. Hayasaka, M. Kitao, U. Tanaka
  • Organizer: The 24th General Congress of International Commission for Optics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 複数個Ca+への時計レーザー周波数ロック (2017)
  • Author(s): 早坂 和弘
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] マルチウェル型プレーナートラップの開発 (2017)
  • Author(s): 田中 歌子、古澤 健太郎、諸橋 功、関根 徳彦、早坂 和弘
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 等間隔イオン配列を実現する矩形電極配列プレーナートラップ (2017)
  • Author(s): 北尾 政義、早坂 和弘、向山 敬、田中 歌子
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] Si系基板プレーナートラップの特性評価 (2017)
  • Author(s): 中村 充宏、早坂 和弘、古澤 健太郎、関根 徳彦、向山 敬、田中 歌子
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] New Approaches to the Optical Clock with Trapped Ions (2017)
  • Author(s): K. Hayasaka
  • Organizer: 1st Asia-Pacific Workshop on Trapped Quantum Systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Generation of isospaced ion strings using a planar trap (2017)
  • Author(s): Utako Tanaka, Kengo Masutani, Masayoshi Kitao, Kazuhiro Hayasaka
  • Organizer: 9th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms
  • Place of Presentation: 京都大学 桂キャンパス(京都府京都市)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光通信波長帯光源の第二高調波によるCa+時計遷移励起 (2017)
  • Author(s): 早坂和弘
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス(大阪府豊中市)
• [Presentation] 光共振器を用いた等間隔イオン配列プレーナートラップの性能評価法の検討 (2017)
  • Author(s): 北尾政義、増谷賢吾、早坂和弘、田中歌子
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス(大阪府豊中市)
• [Presentation] プレーナートラップを用いた40Ca+イオンの二次元配列への拡張 (2017)
  • Author(s): 紙谷和彦、早坂和弘、古澤健太郎、関根徳彦、田中歌子
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス(大阪府豊中市)
• [Presentation] 等間隔イオン配列のための環状電極配置プレーナートラップ (2016)
  • Author(s): 増谷 賢吾、田中 歌子、早坂 和弘、占部 伸二
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-03-22
• [Presentation] 蓄積イオンの量子状態制御とその応用 (2016)
  • Author(s): 早坂 和弘
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-03-19
  • Invited
• [Presentation] 超放射観測に向けたCaイオン準安定状態の寿命測定 (2016)
  • Author(s): 早坂和弘
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス(石川県金沢市)
• [Presentation] オントラップ光時計の現状と未来 (2015)
  • Author(s): 早坂 和弘
  • Organizer: 応用物理学会・量子エレクトロニクス研究会
  • Place of Presentation: 東京大学山中寮内藤セミナーハウス(山梨県南都留郡山中湖村)
  • Year and Date: 2015-12-19
  • Invited
• [Presentation] 40Ca+イオンの等間隔配列を実現するプレーナトラップの設計 (2015)
  • Author(s): 増谷賢吾、田中歌子、早坂 和弘、占部 伸二
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学(大阪府吹田市)
  • Year and Date: 2015-09-19
• [Presentation] レーザ冷却イオン列による超放射発振に関する検討 (2015)
  • Author(s): 早坂 和弘
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 等間隔イオン配列を実現するプレーナトラップの設計 (2015)
  • Author(s): 増谷賢吾、田中歌子、早坂 和弘、占部 伸二
  • Organizer: 第32回量子情報技術研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス(大阪府豊中市)
  • Year and Date: 2015-05-25