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計測学：多重化光格子時計を用いた差分時計比較
Nature 602, 7897 doi: 10.1038/s41586-021-04344-y
光原子時計の性能の急速な進歩によって、計時、計測学、量子科学の最前線がさらに前進した。しかし多大な努力にもかかわらず、大半の光時計の不安定度はいまだに、原子自体ではなく局部発振器によって制限されている。今回我々は、「多重化」一次元光格子時計を実現した。この光格子時計では、空間的に分解されたストロンチウム原子アンサンブルが同一の光格子に捕捉され、共有の時計レーザーによって同時にインタロゲートされ、並行して読み出される。我々は、アンサンブル対の同期ラムゼーインタロゲーションにおいて、測定された原子–レーザーコヒーレンス時間よりも270倍長い、26秒という原子–原子コヒーレンス時間を観測し、9.7(4) × 10−18/√τ（τは平均化時間）という相対不安定度を実証するとともに、3.3時間の平均化後に8.9 × 10−20という相対的統計不確かさに到達した。これらの結果は、光時計比較の関与する用途が局部発振器の不安定度の制限を受けずに済むことを実証している。さらに我々は、6つの原子アンサンブルからなる小型時計ネットワークと、相対不安定度が3 × 10−17/√τ未満での15通りの同時対比較を実現し、4種全ての安定ストロンチウム同位体からなる空間的に分解された異種のアンサンブル対を作製した。今回の結果は、多重化精密同位体シフト測定、制限となる時計システマティクスの空間分解特性評価、時計を用いた重力波検出器や暗黒物質検出器の開発、実験室における相対性理論の新たな検証への道を開くものである。
