光学浮上鏡を用いた巨視的エンタングルメントの実現

• 研究課題/領域番号: 15K13542
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 道村 唯太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80747006)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 光学浮上 / 光輻射圧 / 光共振器 / 量子力学 / 巨視的量子力学 / エンタングルメント / 量子非破壊計測 / レーザー

研究成果の概要

鉛直方向の2つの光共振器によって鏡を支持する、新たな光学浮上の構成を発見した。この構成によりミリグラム級の質量を持つ鏡の安定な光学浮上が可能となるだけでなく、標準量子限界への到達が現在の技術で実現可能であることを示した。また、ねじれ振り子を用いて、我々が新提案した光学浮上手法の安定性の検証実験を進めることができた。
光学浮上が実現できれば、プランク質量を大幅に上回る巨視的な鏡の位置の間の量子エンタングルメント状態を実現することができる。巨視的な世界で量子力学は成立するか、という根源的な問いに実験的に迫る新たな道を切り拓いたと言える。

研究成果

• [雑誌論文] Optical levitation of a mirror for reaching the standard quantum limit (2017)
  • 著者名/発表者名: Michimura Yuta、Kuwahara Yuya、Ushiba Takafumi、Matsumoto Nobuyuki、Ando Masaki
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 号: 12 ページ: 13799-13799
  • DOI: 10.1364/oe.25.013799
  • NAID: 130007510803
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mirror actuation design for the interferometer control of the KAGRA gravitational wave telescope (2017)
  • 著者名/発表者名: Michimura Yuta , Shimoda Tomofumi , Miyamoto Takahiro , Shoda Ayaka , Okutomi Koki , Fujii Yoshinori , Tanaka Hiroki , Barton Mark A , Takahashi Ryutaro , Aso Yoichi , et al.
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 34 号: 22 ページ: 225001-225001
  • DOI: 10.1088/1361-6382/aa90e3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct measurement of optical-trap-induced decoherence (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsumoto, Kentaro Komori, Sosuke Ito, Yuta Michimura, and Yoichi Aso
  • 雑誌名: Physics Review A 巻: 94 号: 3 ページ: 033822-033822
  • DOI: 10.1103/physreva.94.033822
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 5-mg suspended mirror driven by measurement-induced back-action (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsumoto, Kentaro Komori, Yuta Michimura, Gen Hayase, Yoichi Aso, Kimio Tsubono
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 92 号: 3 ページ: 033825-033825
  • DOI: 10.1103/physreva.92.033825
  • 査読あり
• [学会発表] 重力波観測に向けたレーザー強度安定化システムの開発 V (2018)
  • 著者名/発表者名: 古畑貴行, 松島房和, 森脇喜紀, 小林かおり, 蒲原尚吾, 酒本春人, 北澤秀昌, 横川和也, 土井康平, 川村静児, 宮川治, 苔山圭以子, 中野雅之, 寺田総一, 阿久津智忠, 麻生洋一, 上田暁俊, 大石奈緒子, 道村唯太, 宗宮健太郎, 矢野和城, 佐藤孝, 大河正志, 齊藤高大, 志賀和成, 上原知幸, 大前宣昭, Tai Hyun Yoon
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Investigation of mechanical loss in torsion pendulums (2) (2018)
  • 著者名/発表者名: Ching Pin Ooi, Tomofumi Shimoda, Kentaro Komori, Yuta Michimura, Masaki Ando
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAの初期観測へむけた主干渉計制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎本雄太郎, 道村唯太, 麻生洋一, 宗宮健太郎, 宮川治, 苔山圭以子, 廣瀬榮一, 井上優貴, 阿久津智忠, 小森健太郎, 有冨尚紀, 下田智文, 長野晃士, 新井宏二, 和泉究, 山本博章
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] レーザー干渉計型重力波望遠鏡KAGRAの信号取得のための変調システム (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本晃平, 梶田隆章, 道村唯太, 宗宮健太郎, 榎本雄太郎, 上原知幸, 苔山圭以子, 中野雅之
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 第二世代重力波望遠鏡の高感度化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 道村唯太, 小森健太郎, 榎本雄太郎, 長野晃士, 宗宮健太郎, 灰野禎一, 端山和大, 西澤篤志
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 光リング共振器を用いたLorentz不変性検証（３） (2018)
  • 著者名/発表者名: 酒井譲, 武田紘樹, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 光リング共振器を用いたLorentz不変性検証（４） (2018)
  • 著者名/発表者名: 武田紘樹, 酒井譲, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 重力波干渉計KAGRAのためのキャリブレーションシステムの構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井上優貴, 阿久津智忠, 和泉究, 牛場崇文, 神田展行, 苔山圭以子, Richard Savage, Rishabh Bajapai, 鈴木敏一, 宍戸高治, Hsieh Bin-Hua, 土田怜, Chu Yu-Kuang, 都丸隆行, 灰野禎一, 道村唯太, 宮本晃伸, 宮本昂拓, 森脇喜紀, 山本尚弘, 横澤孝章
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] スペース重力波アンテナDECIGO計画 (90)：DECIGO/B-DECIGOの概要 (2018)
  • 著者名/発表者名: 安東正樹, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] ねじれ振り子型重力波検出器 TOBA(Phase-III) の開発 (9)：0.1Hz付近周波数帯の雑音の低減 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高野哲, 下田智文, 有冨尚紀, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] ねじれ振り子型重力波検出器 TOBA(Phase-III) の開発 (10)：改良計画 (2018)
  • 著者名/発表者名: 下田智文, 高野哲, 有冨尚紀, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 量子輻射圧揺らぎ観測に向けたねじれ振り子光共振器のロック (2018)
  • 著者名/発表者名: 小森健太郎, 榎本雄太郎, Ooi Ching Pin, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発（４） (2018)
  • 著者名/発表者名: 和田祥太郎, 長野晃士, 川﨑拓也, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発（５） (2018)
  • 著者名/発表者名: 川﨑拓也, 長野晃士, 和田祥太郎, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発（６） (2018)
  • 著者名/発表者名: 長野晃士, 和田祥太郎, 川﨑拓也, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Laser Interferometry for Gravitational Wave Astronomy (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura
  • 学会等名: International OSA Network of Students Okinawa 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Possible KAGRA Upgrades (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura, Kentaro Komori, Yutaro Enomoto, Koji Nagano, Kentaro Somiya
  • 学会等名: Gravitational Wave Advanced Detector Workshop 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The status of KAGRA underground cryogenic gravitational wave telescope (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura for the KAGRA Collaboration
  • 学会等名: XV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Possibility of Upgrading KAGRA (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura, Kentaro Komori, Yutaro Enomoto, Koji Nagano, Kentaro Somiya, Sadakazu Haino
  • 学会等名: The 3rd KAGRA International Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Optical Cavity Tests of Lorentz Invariance (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura, Hiroki Takeda, Yuzuru Sakai, Nobuyuki Matsumoto, Masaki Ando
  • 学会等名: Light-driven Nuclear-Particle physics and Cosmology
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of mechanical loss in torsion pendulums (2017)
  • 著者名/発表者名: Ching Pin Ooi, Naoki Aritomi, Tomofumi Shimoda, Kentaro Komori, Yuta Michimura, Masaki Ando
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 重力波望遠鏡KAGRAの主干渉計高度化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 道村唯太, 麻生洋一, 宗宮健太郎, 宮川治, 苔山圭以子, 廣瀬榮一, 阿久津智忠, 榎本雄太郎, 長野晃士, 小森健太郎, 有冨尚紀, 下田智文, 新井宏二, 山本博章
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAにおけるTransmission Monitor Systemの開発III (2017)
  • 著者名/発表者名: 両角達彦, 阿久津智忠, 三代木伸二, 都築俊宏, 道村唯太, 麻生洋一, 浦口史寛, 大渕喜之, 池之上文吾, 福島美津広, 齊藤栄
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 重力波干渉計KAGRAのための輻射圧キャリブレータの開発と評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上優貴, 阿久津智忠, 上田綾子, 牛場崇文, 神田展行, 木村誠宏, 苔山圭以子, Richard Savage, 鈴木敏一, 宍戸高治, Hsieh Bin-Hua, 都丸隆行, 灰野禎一, 萩原綾子, 道村唯太, 宮本昂拓, 山本尚弘, 横澤孝章
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発(1) (2017)
  • 著者名/発表者名: 和田祥太郎, 長野晃士, 川﨑拓也, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発(2) (2017)
  • 著者名/発表者名: 川﨑拓也, 長野晃士, 和田祥太郎, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 光輻射圧による鏡の光学浮上技術の開発(3) (2017)
  • 著者名/発表者名: 長野晃士, 和田祥太郎, 川﨑拓也, 道村唯太, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 量子輻射圧揺らぎ観測に向けたねじれ振り子光共振器の構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小森健太郎, Ooi Ching Pin, 榎本雄太郎, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 干渉計型重力波検出器と光学機械相互作用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 榎本雄太郎, 長野晃士, 道村唯太, 安東正樹, 古澤明, 川村静児
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] スペース重力波アンテナDECIGO計画(84)：DECIGO/B-DECIGOの概要 (2017)
  • 著者名/発表者名: 安東正樹, 他
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] ねじれ振り子型重力波検出器 TOBA(Phase-III) の開発 (7)：低周波雑音の低減 (2017)
  • 著者名/発表者名: 下田智文, 高野哲, 有冨尚紀, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] ねじれ振り子型重力波検出器 TOBA(Phase-III) の開発 (8)：鉛直地面振動からのカップリング雑音の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高野哲, 下田智文, 有冨尚紀, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 光リング共振器を用いたLorentz不変性検証(1) (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井譲, 武田紘樹, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 光リング共振器を用いたLorentz不変性検証(2) (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田紘樹, 酒井譲, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 鏡の光学浮上による標準量子限界の到達 (2017)
  • 著者名/発表者名: 道村唯太, 長野晃士, 和田祥太郎, 川崎拓也, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 重力波望遠鏡KAGRAの低温動作に向けた主干渉計開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 道村唯太, 麻生洋一, 宗宮健太郎, 宮川治, 苔山圭以子, 廣瀬榮一, 阿久津智忠, 榎本雄太郎, 小森健太郎, 有冨尚紀, 下田智文, 新井宏二, 山本博章
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] ねじれ振り子での量子輻射圧揺らぎ観測に向けたレーザー光の周波数，強度安定化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小森健太郎, 松本伸之, Ooi Ching Pin, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
• [学会発表] ねじれ振り子を用いた光学浮上の安定性検証(2) (2017)
  • 著者名/発表者名: 和田祥太郎, 道村唯太, 桑原祐也, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] ねじれ振り子型重力波検出器 TOBA(Phase-III) の開発(6): 変位センサ雑音および磁場雑音の低減 (2017)
  • 著者名/発表者名: 有冨尚紀, Donatella Fiorucci, 下田智文, 桑原祐也, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] ねじれ振り子型重力波検出器TOBA(Phase-III) の開発(5)： 地面振動カップリング雑音の低減 (2017)
  • 著者名/発表者名: 下田智文, 有冨尚紀, 桑原祐也, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] Lorentz不変性検証のための連続回転機構の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井譲, 武田紘樹, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] Lorentz不変性検証のための光リング共振器制御系の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田紘樹, 酒井譲, 道村唯太, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] Status of KAGRA (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura for the KAGRA Collaboration
  • 学会等名: ELiTES 5th general meeting
  • 発表場所: Europa House (東京都港区)
  • 招待講演
• [学会発表] 光輻射圧による鏡支持方法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桑原祐也, 道村唯太, 牛場崇文, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] 光学ト ラップによる懸架鏡の遠隔冷却および熱的デコヒー レンスの低減 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小森健太郎, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAプロジェ クトの現状 (2016)
  • 著者名/発表者名: 道村唯太
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [学会発表] 量子輻射圧揺らぎ観測に向けた低熱雑音ねじれ振り子の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小森健太郎, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [学会発表] ねじれ振り子を用いた光学浮上の安定性検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 和田祥太郎, 道村唯太, 桑原祐也, 牛場崇文, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [学会発表] ねじれ振り子型重力波検出器TOBA(Phase-III) の開発(4) : 変位センサ雑音および磁場雑音の低減 (2016)
  • 著者名/発表者名: 有冨尚紀, 下田智文, 桑原祐也, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [学会発表] ねじれ振り子型重力波検出器TOBA(Phase-III) の開発(3)： 地面振動カップリング雑音の低減 (2016)
  • 著者名/発表者名: 下田智文, 有冨尚紀, 桑原祐也, 道村唯太, 正田亜八香, 麻生洋一, 高橋竜太郎, 山元一広, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [学会発表] 光リング共振器を用いたLorentz不変性検証の信号取得無線化による感度向上 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武田紘樹, 道村唯太, 松本伸之, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [学会発表] Recent news and status of the KAGRA gravitational wave telescope (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura for the KAGRA Collaboration
  • 学会等名: Optical Society of Korea Summer Meeting 2016
  • 発表場所: Busan (Korea)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光ばねを用いた懸架鏡の遠隔冷却 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小森健太郎, 松本伸之, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2015-09-28
• [学会発表] カーボンナノチューブ線を用いた低損失振り子の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桑原祐也, 松本伸之, 牛場崇文, 井上翼, 苅田基志, 小森健太郎, 道村唯太, 安東正樹
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2015-09-28
• [図書] Higher order test of Lorentz invariance with an optical ring cavity (in Proceedings of the Fourteenth Marcel Grossmann Meeting) (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura, Jake Guscott, Matthew Mewes, Nobuyuki Matsumoto, Noriaki Ohmae, Wataru Kokuyama, Yoichi Aso, Masaki Ando (Edited by Massimo Bianchi, Robert T. Jantzen, Remo Ruffini)
  • 総ページ数: 4200
  • 出版者: World Scientific
  • ISBN: 9813226595
• [図書] Tests of Lorentz Invariance with an Optical Ring Cavity (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura
  • 総ページ数: 115
  • 出版者: Springer
• [備考] Yuta Michimura
  • URL: http://granite.phys.s.u-tokyo.ac.jp/michimura/wiki/