| 研究課題/領域番号 |
15H03705
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
田中 歌子 大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (20359087)
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| 研究分担者 |
早坂 和弘 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)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 量子エレクトロニクス / イオントラップ |
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| 研究実績の概要 |
等間隔イオン列の実現のため、従来の２次関数型のポテンシャルではなく、４次関数型のポテンシャルを生成するような平面型トラップを開発した。初年度の最初に設計したトラップ電極では、数百Ｖの印加電圧が必要でそのままでは電極の絶縁破壊の可能性が明らかになったため、設計を変更したのちトラップ電極を実装し、新規の真空装置においてイオンの捕獲実験を行った。等間隔用ポテンシャルは通常よりも浅くイオン捕獲が困難なため、捕獲用ポテンシャルで一旦イオンを捕獲し、等間隔用にポテンシャルを変化させるという手法を考案しイオン捕獲に成功した。今回開発したトラップ電極では、２次関数型のポテンシャルでの長いイオン鎖によくみられるジグザグ構造ではなく、１列に配列したイオン画像を観測することができた。
しかし得られた配列に浮遊電場の影響と思われる非対称性がみられた。したがって補正電圧を算出し、印加するためのシステム構築が必要である。またトラップポテンシャルについては、４次関数だけでなくさらに高次の項を含むポテンシャルによって、より等間隔性の優れたイオン配列が得られることがわかった。そこで高次の項を含むポテンシャル生成と補正電圧印加ができるような、改良型トラップ電極を設計した。
またイオンの等間隔性評価法の検討と予備実験を行った。現在イオン配列の等間隔性はイオン画像で評価している。しかし光の定在波を用いれば、波長の１０分の１程度のオーダーの精密な評価が可能になる。そこでカルシウムイオン禁制遷移を用いて等間隔性を評価するための予備実験を行ったところ、量子跳躍の頻度の観測が有用であることがわかった。
このようにH28年度はイオン配列観測、等間隔性評価の予備実験により多くの知見が得られ、それをもとに改良型トラップ電極設計した。引き続き改良型トラップ電極により評価実験を行う。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
等間隔イオン列の実現のための４次関数型のポテンシャルを生成するような平面型トラップを設計し、新規真空装置に実装しイオンの捕獲実験を行った。等間隔用ポテンシャルは通常よりも浅くイオン捕獲が困難なため、捕獲用ポテンシャルで一旦イオンを捕獲し、等間隔用にポテンシャルを変化させるという手法を考案してイオン捕獲に成功した。従来の２次関数型のポテンシャルでは、多数個イオンについてはジグザグ構造や層状構造になることが知られているが、本研究で開発したトラップ電極で等間隔用ポテンシャルに移行すると、１列に配列した多数個のイオン画像を観測することができた。
得られたイオン画像観測の解析から、イオンは浮遊電場の影響を受けていることがわかった。そこで精密に補正電圧を印加できるようにする必要がある。またトラップポテンシャル形状については、４次関数だけでなくさらに高次の項を含むポテンシャルによって、より等間隔性の優れたイオン配列が得られることがわかった。そこで高次の項を含むポテンシャル生成と精密な補正電圧印加ができるような、改良型トラップ電極を設計した。
またイオンの等間隔性評価法の予備実験を行った。現在イオン配列の等間隔性はイオン画像で評価している。しかし光の定在波を用いれば、波長の１０分の１程度のオーダーの精密な評価が可能になる。そこでカルシウムイオン禁制遷移を用いて等間隔性を評価するための予備実験を行ったところ、量子跳躍の頻度の観測が有用であることがわかった。予備実験は進行波レーザーを用いたが、実際には定在波で行う。そのための光共振器を組みこんだトラップ電極を設計した。
このように平成28年度はイオン配列観測、等間隔性評価の予備実験により多くの知見が得られ、それをもとに改良型トラップ電極設計した。引き続き改良型トラップ電極によりイオン列の評価実験を行う。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度のイオン捕獲実験により得られた知見をもとに、改良したトラップ電極を用いて引き続き評価実験を行う。より厳密な等間隔イオン列のためには、局所的な浮遊電場を、10個以上ある電極の印加電圧を数mVのオーダーで非常に正確に操作する必要がある。そのための制御系や、電気ノイズ低減のための回路系を構築する。
イオン等間隔性の評価については、カルシウムイオン禁制遷移（2S1/2-2D5/2遷移）の定在波を用いる方法について、より詳細に理論的に検討し、さらなる予備実験を行う。また前年度に設計した光共振器を組み込んだトラップ電極を実装し、最終的な評価実験を行う。
本研究では通常の２次関数型のポテンシャル（調和ポテンシャル）ではなく、等間隔を得るための非調和ポテンシャルを生成している。このようなポテンシャル中のイオンの運動を評価するため、イオン列の強制振動での共鳴から固有振動を求め、さらにイオンの運動を反映したサイドバンドスペクトルの観測を試みる。
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