冷却機械振動子を用いた微小重力の測定

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精密力センサーは重力計、慣性センサー、地震計、重力波望遠鏡といった広範な領域で利用されてきた。本研究では、ミリグラムスケールの微小な物体から生じる重力を精密に測定可能な力センサーの開発を目指す。従来の重力源（>キログラム）より小さな物体から生じる重力を測定することで、重力定数の測定という応用においては、物体の密度の不均一性等に由来する系統的な不確かさを抑えることが可能になる。さらに、重力源自体の振動モードを量子制御すれば、量子状態にある物体が生じる重力の性質の解明にもつながると期待される。物体の振動モードを量子制御するためにもまた力センサーを利用することができ、本研究では、ミリグラムスケールの巨視的物体の量子制御にも取り組んできた。昨年度の研究により、振動子の回転振動が重心振動の変位計測に及ぼす影響を解析的に明らかにした。重心振動と回転振動が光ばねを介して強結合状態となり、二つのモードがnormal mode splittingすることで重心振動の熱振動が増大する。これを回避するため、既に開発に成功していた一本の超細長線（直径1um、長さ5cm）をレーザー溶接することで実現した世界最小散逸を持つ（つまり熱振動が最も小さい）懸架鏡を改良し、2本線を溶接した低散逸懸架鏡を実現することに成功した。さらに、二つの振動子をパワーリサイクルマイケルソン干渉計の両腕に組み込むことで、二つの振動子の差動振動と同相振動の間に量子もつれを生成できることを理論的に示すことにも成功した。それぞれの振動子の変位はレーザー光量の変動から線形連続計測されるため、測定結果に条件付けられた状態（conditional state）の不確かさはスクイーズされる。二つのスクイーズ状態を重ね合わせることで量子もつれが生成されることを確認した。