量子コンピュータを社会実装するためには、高い稼働率で長時間安定に運用できるシステムの開発が必要です。ここで、レーザー冷却原子・イオンに基づく全てのハードウェア方式について、その安定な運用に必須なのが周波数安定化レーザー光源システムです。レーザー冷却原子・イオン実験では、原子・イオンの遷移に合わせたさまざまな波長のレーザーが必要です。
これらの光源はそれぞれの波長帯で一定波長に波長（周波数）安定化されており、位相雑音が極めて低く（スペクトル線幅換算で1 Hz以下）、かつ高い信頼性で長時間動き続ける必要があります。我々は、広い波長域で発振し、小型・長寿命な外部共振器型半導体レーザー（ECDL）を光源として選択しました。しかし一般にECDLは、音響振動や温度変化等の外的擾乱に対する静的安定性が低く、制御なしでは大きな位相雑音を持ちます。そこで本課題では、我々の強みであるレーザーの低雑音化制御に加え、ECDLに外乱抑制のための様々な制御手法を取り入れることで小型・堅牢な低雑音光源システムを実現しようとしています。

我々のグループでは以前から、光格子時計の冷却用および時計遷移観察用レーザーのために、光周波数コムを用いた低雑音光源システムの開発を行ってきており、時計の一部として実戦投入されています。本プロジェクトではこれまでに、二台の高安定共振器に安定化した高安定レーザーを比較し、その位相雑音および周波数安定度を評価しました。その結果、量子コンピュータに必要と想定される位相雑音が得られていることを確認しました。