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量子メトロロジートライアングルにおける差電圧トラッキング

研究課題

研究課題/領域番号 19K23527
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0302:電気電子工学およびその関連分野
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

松丸 大樹  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (30849146)

研究期間 (年度) 2019-08-30 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード電圧標準 / ジョセフソン効果 / 超伝導体 / 精密測定 / オームの法則 / SI単位 / 熱伝導 / 低温 / マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波 / デジタル回路・信号処理 / 超精密計測
研究開始時の研究の概要

国際単位系(SI)の改定により、電流の単位A (アンペア)が電気素量eを不確かさのない値と定めることによって定義される運びとなった。すでに実現している量子力学的な電圧・抵抗に加え、電流をSIの新しい定義に基づいて実現することによって、量子力学的に、独立に3つの物理量が求まる。これら3つの物理量を用いることで、巨視的な観点では成り立つとみなされている「オームの法則」を量子力学の観点から検証すること(量子メトロロジートライアングル(QMT))が出来るようになる。本研究では、QMT測定における差電圧測定の不確かさ低減を目指す。

研究成果の概要

量子力学的に独立に生成した電流・電圧・抵抗の各物理量を、オームの法則に基づいて相互に検証する実験を量子メトロロジートライアングル実験という。本研究では、差電圧測定を行う電圧計に生じるゲインエラー(入力に対する出力のずれ)に着目し、差電圧の動的なトラッキングによる測定不確かさの低減を目指している。この機構の導入によるノイズ振幅の低減効果をシミュレーションするとともに、配線の最適化を行うことで希釈冷凍機中に実装された電圧標準素子の安定動作を確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

量子メトロロジートライアングルの検証は、量子力学によって導かれた法則がどの程度精確に実現しているかを相互に検証するものであり、基にした現象の確かさを見極める稀有な研究と言える。また、本研究における動的なトラッキングは、これまでになかったリアルタイムのフィードバック補正を可能にするものであり、量子メトロロジートライアングル実験のみならず、微小電圧計測の高精度化・測定回数の低減などにも寄与することが期待できる。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] 中国計量科学研究院(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] 中国計量科学研究院(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] A Voltage-Tracking Scheme for Quantum-Metrology-Triangle Experiments2020

    • 著者名/発表者名
      Daiki Matsumaru, Zhengsen Jia, Michitaka Maruyama and Nobu-Hisa Kaneko
    • 雑誌名

      2020 CPEM Digest

      巻: 1 ページ: 1-2

    • DOI

      10.1109/cpem49742.2020.9191858

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 量子メトロロジートライアングルにおける差電圧トラッキングのシミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      松丸 大樹, Jia Zhengsen, 丸山 道隆, 金子 晋久
    • 雑誌名

      第67回応用物理学会春季学術講演会予稿集

      巻: 13p-B407 ページ: 4-4

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 量子メトロロジートライアングルにおける差電圧トラッキング速度の検討2020

    • 著者名/発表者名
      松丸 大樹, Jia Zhengsen, 丸山 道隆, 金子 晋久
    • 雑誌名

      2020年電子情報通信学会総合大会予稿集

      巻: C-8 ページ: 17-17

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Thermal Design of the PJVS Module for QMT Measurement2020

    • 著者名/発表者名
      Jia Zhengsen, 松丸 大樹, 丸山 道隆, 金子 晋久
    • 雑誌名

      2020年電子情報通信学会総合大会予稿集

      巻: C-8 ページ: 18-18

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] フィードバック機構を用いた量子メトロロジートライアングル実験の高精度化2021

    • 著者名/発表者名
      松丸 大樹、中村 秀司、丸山 道隆、金子 晋久
    • 学会等名
      2020年度 計量標準総合センター成果発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Voltage Tracking in Quantum-Metrology-Triangle Measurement2020

    • 著者名/発表者名
      Daiki Matsumaru, Zhengsen Jia, Michitaka Maruyama and Nobu-Hisa Kaneko
    • 学会等名
      2020 Conference on Precision Electromagnetic Measurements
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子メトロロジートライアングルにおける差電圧トラッキング2020

    • 著者名/発表者名
      松丸 大樹, 丸山 道隆, 金子 晋久
    • 学会等名
      2019年度 計量標準総合センター成果発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子メトロロジートライアングルにおける差電圧トラッキングのシミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      松丸 大樹, Jia Zhengsen, 丸山 道隆, 金子 晋久
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子メトロロジートライアングルに向けた差電圧トラッキング速度の検討2020

    • 著者名/発表者名
      松丸 大樹, Jia Zhengsen, 丸山 道隆, 金子 晋久
    • 学会等名
      2020年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Thermal Design of the PJVS Module for QMT Measurement2020

    • 著者名/発表者名
      Jia Zhengsen, 松丸 大樹, 丸山 道隆, 金子 晋久
    • 学会等名
      2020年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-09-03   更新日: 2022-01-27  

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