Optical Levitation to Realize a Macroscopic Quantum System

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本研究は、巨視的量子系を実現することにより、いまだ実験的検証が行われていないマクロなスケールでの量子力学検証、そして重力相互作用を組み込んだ量子力学の研究をおこなうことを目的としている。そのような巨視的な量子系を実現する系として機械光学系が着目されているが、量子効果を観測するには古典的な外乱が量子ゆらぎ以上に小さい系を構築しなければならない。これまでに、その障壁となる熱雑音を回避する系として、鏡を光輻射圧によって支持する系の研究を進め、安定的に光学浮上可能な系の構成の実験的実証に成功した。また、懸架をした場合においても熱雑音の影響を受けにくい線形共振器において、あらたな安定構成を見出し、その構成を実現した系を構築した。構築した高感度な機械光学系をもちいて、量子雑音の低減手法をデモンストレーションする実験をおこなってきたが、本年度は測定結果を精査し、定量的な議論により量子雑音低減手法の理論モデルを実証することに成功した。また、量子輻射圧ゆらぎの観測を考えた場合、単振り子のかわりにねじれ振り子を機械振動子としてもちいることで、古典的な雑音を抑制しながら量子輻射圧ゆらぎを浮き上がらせることが可能であり、そのような系の改良方策について検討した。具体的には、単振り子にもちいている曲率つきの微小鏡2つをつないだねじれ振り子において、既知の古典的な雑音源を考慮し量子輻射圧ゆらぎが観測可能となる感度設計をおこなった。また、系のアップグレードの要となるねじれ振り子部分について開発をおこなった。