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上田マクロ量子制御プロジェクト
研究総括 上田 正仁
(東京大学大学院 理学系研究科 教授)
研究期間 2005年9月〜2011年3月
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研究領域
 近年、量子力学の性質を巧みに用いることにより、レーザー光を用いて原子集団を絶対零度近くに冷却する技術が開発されました。レーザー冷却された極低温の原子集団では、量子系の有する高い制御性がマクロなスケールに拡大されるため、系の性質を決定するほとんどすべてのパラメータを連続的に変化させることが可能になります。すなわち、マクロな量子効果により、温度、原子数密度、閉じ込めポテンシャルの形状と次元性、なかんずく原子間相互作用の強さと符号、などのパラメータを自在に制御できる究極の人工量子物質(マクロ量子物質)を実現する可能性が開けました。
 本プロジェクトでは、この大自由度系の物質パラメータの系統的制御および量子状態や不確定性関係の極限操作技術を開拓し、その基礎の上に、マクロ量子物質の制御する「マクロ量子制御」を通じて量子物理学の新たなフロンティアの開拓を目指します。

内容
 超低温に冷却された原子・分子の持つ物質パラメータを自在に制御できる可能性を最大限に引き出すため、本プロジェクトでは、物質と光の量子状態の制御技術を極限的レベルにまで高めることで物質固有のパラメータという制約を除去し、大自由度量子系の未踏の研究領域に挑みます。
 具体的には、絶対零度近くに冷却された原子あるいは分子集団を形状可変な電磁ポテンシャルで超高真空中に孤立させた理想環境下に置くことで、原子(分子)間相互作用、原子―光相互作用、不確定性関係を高い精度で制御する方法を確立していきます。そして、その基礎の上に原子数密度、温度、相互作用の強さなどの物質パラメータとその量子状態および外部環境パラメータを連続的に変化させる極限操作法を開拓し、マクロな量子系の未踏領域を系統的に探索していきます。
 絶対零度近くに冷却された希薄な原子集団は、温度や原子数だけでなく、原子間相互作用の強さとその符号(引力か斥力か)を高い精度で変化させることができます。その結果、物質はいわば個性を失い、物質固有の性質から解き放たれた物性の研究が可能になります。
 こうした研究は、物質パラメータの系統的制御という観点からは材料科学や計算物理に直接的な影響を及ぼし、他方、量子状態および不確定性関係の極限操作という観点からは量子コンピュータへの発展や超精密測定への応用が期待されます。

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構成
研究総括
上田 正仁
(東京大学大学院 理学系研究科 教授)
研究グループ
相互作用制御グループ
グループリーダ:
 井上 慎
強相関量子制御グループ グループリーダ:
 向山 敬
理論グループ グループリーダ:
 上田 正仁

研究成果
一般の方向け
研究成果ビデオ


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