量子物理学：10⁻¹⁸レベルの正確度と安定度を持つ光格子時計

原子科学、光科学、量子科学の進歩は、原子時計の急速な改良につながった。同時に、原子時計研究は、科学の最先端の開拓に役立ち、基礎研究と応用研究の両方に影響を及ぼした。個々の原子や光子の量子状態を制御する能力は、量子情報科学や精密測定の中核であり、単一イオン光時計は、あらゆる周波数標準の中で最も小さい系統的不確かさを実現した。多原子格子時計は測定精度の面でイオントラップ時計を上回る長所を示したが、正確度は16倍劣っていた。今回我々は、正確度が6.4×10⁻¹⁸に達する多原子系を実証している。この系は、単一イオン時計より優れているばかりでなく、測定時間が2桁少なくて済む。我々は、黒体放射環境のin situ測定を含めて、既知の不確かさの原因を全て系統的に評価することによって、光格子時計の正確度を22倍向上させている。この時計は、一次標準として検討するのに必要な主要特性、すなわち安定度と正確度において、これまでで最も優れた性能を同時に実現した。さらに安定で正確な原子時計は、SI単位系の実現と普及、基本定数の時間変化の探索、時計を用いた測地、その他、自然の基本法則の精密検証など、幅広い分野で役立つであろう。また、本研究は、標準量子限界を超えて測定精度を向上させることを目的とした量子センサーやスピンスクイージングなどの多体量子状態操作の開発とも関連している。

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