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本研究では、巨視的物体の量子力学的性質を解き明かすことを目的としている．冷凍機によって4Kの低温まで冷却された振動子を、さらに光-機械結合を用いたレーザー冷却によって抑圧することで、振動モードの基底状態に近い状態を作り出す。その変動を測定することで、フォノンの吸収/放出確率の非対称性などの量子的性質を実験的に確認する。近年では、nmからμm程度の大きさの物体で基底状態の実現や量子的性質の観測が行われているが、本研究では、cmスケールでの基底状態の実現を目指す挑戦的な研究となっている。
本研究は、巨視的物体の状態重ね合わせや量子でコヒーレンスといった基礎物理的な観点だけでなく、量子メモリの実現といった応用のための萌芽的研究とも位置付けられる。
本研究では、低温冷却システムの再構築と振動子の設計検討を進めた。その結果、冷凍機動作時における振動や、音響雑音、排熱による実験室内温度変化の影響を検討し、それらの排除することができた。振動子の設計においては、微小なねじれ振り子の設計と検討を進め、その試作と、懸架した際の特性評価を勧めた。さらに、理論研究面では、ねじれ振動子の特徴を生かすことで低周波数の微小力の直接測定や、それを用いた精密実験(量子輻射圧雑音の直接測定や、空間の量子化に関するCSLと呼ばれる理論の検証)が可能になることを示した。一方、課題として、懸架時の機械的損失や他自由度変動からのカップリングといった問題も見つかり、今後の研究への知見が得られた。
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