WO2022215424A1 - 低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム - Google Patents

低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム Download PDF

Info

Publication number
WO2022215424A1
WO2022215424A1 PCT/JP2022/010404 JP2022010404W WO2022215424A1 WO 2022215424 A1 WO2022215424 A1 WO 2022215424A1 JP 2022010404 W JP2022010404 W JP 2022010404W WO 2022215424 A1 WO2022215424 A1 WO 2022215424A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic field
atomic
physical package
beam generator
slow
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/010404
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
成悟 辻
将男 高本
秀俊 香取
Original Assignee
日本電子株式会社
国立研究開発法人理化学研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電子株式会社, 国立研究開発法人理化学研究所 filed Critical 日本電子株式会社
Priority to CN202280026652.5A priority Critical patent/CN117136476A/zh
Priority to JP2023512876A priority patent/JPWO2022215424A1/ja
Priority to EP22784409.9A priority patent/EP4322344A1/en
Priority to KR1020237034052A priority patent/KR20230167364A/ko
Publication of WO2022215424A1 publication Critical patent/WO2022215424A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S1/00—Masers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the microwave range
    • H01S1/06—Gaseous, i.e. beam masers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference

Definitions

  • the present invention relates to a slow atom beam generator, a physics package, an optical lattice clock physics package, an atomic clock physics package, an atom interferometer physics package, a quantum information processing device physics package, and a physics package system.
  • An optical lattice clock is an atomic clock proposed in 2001 by Hidetoshi Katori, one of the inventors of this application.
  • Optical lattice clocks confine atomic clusters in an optical lattice formed by laser light and measure the resonance frequency in the visible light region. is.
  • Optical lattice clocks have been intensively researched and developed by the group of the inventors, and have been developed as next-generation atomic clocks by research and development by various groups both in Japan and overseas.
  • Patent Documents 1 to 3 For recent optical lattice clock technology, for example, Patent Documents 1 to 3 below can be cited.
  • Patent Document 1 describes forming a one-dimensional moving optical grating inside an optical waveguide having a hollow passage.
  • Patent Literature 2 describes an aspect of setting the effective magic frequency. In fact, magical wavelengths have been theoretically and experimentally determined for strontium, ytterbium, mercury, cadmium and magnesium, among others.
  • Patent Document 3 describes a radiation shield that reduces the influence of black body radiation emitted from surrounding walls.
  • the optical lattice clock measures time with high accuracy, it is possible to detect a 1 cm altitude difference on the earth based on the general relativistic effect of gravity as a deviation in the progress of time. Therefore, if the optical lattice clock can be miniaturized and made portable so that it can be used in fields outside the laboratory, the possibility of applying it to new geodetic technologies such as the detection of underground resources, underground cavities, and magma chambers will expand. By mass-producing optical lattice clocks and distributing them in various locations to continuously monitor temporal variations in gravitational potential, applications such as the detection of crustal deformation and spatial mapping of the gravitational field will become possible. In this way, the optical lattice clock is expected to contribute to society as a new basic technology that transcends the framework of highly accurate time measurement.
  • the above-mentioned optical lattice clock is an example of a device that can use a slow atom beam generator, which is a device that generates a slow atom beam.
  • Neutral atoms that have been cooled to extremely low temperatures have recently attracted attention as qubits for quantum computing.
  • Quantum computers using cold atoms as qubits are less affected by the surrounding environment than when using other qubits such as electron spins and nuclear spins in solids and liquids. Therefore, quantum information can be retained for a long time.
  • advantages such as being able to increase the number of qubits using the Bose condensate technology are expected.
  • Non-Patent Document 1 describes a magneto-optical trap using a transition from the ground state 1 S 0 to an excited state 1 P 1 for a calcium (Ca) atom, and a metastable state 3 P 2 from 1 P 1 to the excited state 1 P 2 .
  • a magneto-optical trap utilizing the 3 P 2 to 3 D 3 transition is combined with a 3 P 2 to 3 D 3 transitioned atom.
  • the transition from the 3P2 level which is a metastable state
  • to the 3D3 level has a narrow natural width, and is expected to cool down to a low temperature with a long lifetime.
  • Non-Patent Document 2 describes a magneto-optical trap using a transition from the ground state 1 S 0 to an excited state 1 P 1 and a transition from 1 S 0 to 3 P 1 for ytterbium (Yb) atoms. Experiments with combined magneto-optical traps are described. The natural width of the former transition is wide, and the natural width of the latter transition is narrow. By combining these transitions, it is possible to capture atoms with a relatively low magnetic field gradient compared to using a single transition. , simplification and cost reduction of the apparatus can be expected.
  • Yb ytterbium
  • Non-Patent Document 3 it is difficult to achieve two-stage cooling with the same MOT device because the optimum magnetic field of each magneto-optical trap is different in two-stage cooling that achieves a wide trapping rate range and a low cooling temperature. is being discussed.
  • Equation (2) The Doppler temperature T D of the trapped atoms is described as in Equation (2) below.
  • Equation (3) The acceleration a0 and the Doppler temperature T D are described as in Equation (3) below.
  • Equation (4) shown below is derived from equations (1) and (3).
  • transitions to be used for atomic cooling and atomic capture determines the natural width ( ⁇ ) of the transitions. Its natural width gives uniquely the Doppler temperature TD from equation (2), the maximum acceleration from equation (3), and the magnetic field gradient from equation (1). For example, if you want to increase the magnetic field gradient and shorten the deceleration distance, you will use a transition with a large natural width, which will result in a high Doppler temperature. Also, for example, if the Doppler temperature is to be lowered, a transition with a small natural width is used, and the magnetic field gradient must be small.
  • the content of (1) and the content of (2) above are realized in separate spaces, and each If an appropriate magnetic field gradient according to the atomic level can be given, it can be expected to efficiently generate an atomic beam in a much more cooled state.
  • Non-Patent Document 3 As described in Non-Patent Document 3 above, with the configuration of the conventional MOT device, it was difficult to achieve two-stage cooling with the same MOT device.
  • An object of the present invention is to realize a magneto-optical trap for atoms at a certain level and another magneto-optical trap for atoms at a different level from that level in the same device.
  • One aspect of the present invention has an atom source, an optical window provided at one end for transmitting laser light, and an opening at the other end provided at the vertex, and the laser light incident from the optical window is a mirror that reflects toward the one end at a portion other than the opening; a heater that heats the high-temperature bath to generate atomic gas from the atomic source in the high-temperature bath; a magnetic field generator that generates a magnetic field in an area where the laser beams reflected by the mirror intersect; and a magnetic field gradient relaxation module that generates a relaxation magnetic field that relaxes the gradient of the magnetic field generated by the magnetic field generator at the opening. and forming an atomic beam from an atomic gas by utilizing a magneto-optical trap realized by a laser beam and a magnetic field, and emitting the atomic beam to the outside from the opening. generator.
  • the gradient of the magnetic field generated by the magnetic field generator is relaxed by the magnetic field gradient relaxation module at the opening.
  • the magnetic field generator is an anti-Helmholtz coil that forms a magnetic field gradient
  • the relaxation module is a coil that has a shape similar to the anti-Helmholtz coil and has a current flowing in the opposite direction to the anti-Helmholtz coil. good too.
  • the magnetic field generator is a cylindrical permanent magnet that forms a magnetic field gradient
  • the relaxation module has a similar shape to the cylindrical permanent magnet and faces in the opposite direction to the cylindrical permanent magnet. It may be magnetized.
  • the magnetic field generator may form a magnetic field gradient
  • the relaxation module may be made of a soft magnet and absorb the magnetic flux inside it, thereby relaxing the magnetic field gradient inside.
  • the opening may be formed at a location other than on the axis of the laser beam.
  • the atomic source is, for example, strontium or ytterbium.
  • strontium or ytterbium By using the above configuration, it is possible to generate a slow atom beam of strontium or ytterbium.
  • Strontium and ytterbium are only examples, and other elements whose saturated vapor pressure is low at room temperature and sufficient atomic gas cannot be obtained may be used.
  • the set temperature of the heater may be changed according to the element used. For example, by setting the temperature setting of the heater to a temperature at which the atomic gas of the element used can be obtained, sufficient atomic gas can be obtained for such element.
  • One aspect of the present invention is a physics package comprising the slow atom beam generator described above and a vacuum chamber surrounding a clock transition space in which atoms are arranged.
  • One aspect of the present invention is a physical package for an optical lattice clock characterized by including this physical package.
  • One aspect of the present invention is an atomic clock physics package characterized by including this physics package.
  • One aspect of the present invention is an atomic interferometer physics package characterized by including this physics package.
  • One aspect of the present invention is a physics package for a quantum information processing device for atoms or ionized atoms, characterized by including this physics package.
  • One aspect of the present invention is a physical package system including this physical package and a control device that controls the operation of the physical package.
  • a magneto-optical trap for atoms at a certain level and another magneto-optical trap for atoms at a different level from that level are realized in the same device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an optical lattice clock according to an embodiment
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a slow atom beam generator according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a slow atom beam generator according to a first embodiment
  • FIG. 3 is a perspective view showing a hot bath and a magnetic field gradient relaxation module
  • FIG. 3 is a perspective view showing a hot bath and a magnetic field gradient relaxation module
  • It is a figure which shows the calculation result of magnetic field distribution.
  • FIG. 4 shows a magnetic field profile;
  • FIG. 4 shows a magnetic field profile;
  • 1 is a diagram schematically showing the configuration of a slow atom beam generator according to a first embodiment;
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing energy transitions;
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of a slow atom beam generator according to a second embodiment;
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an optical lattice clock 10. As shown in FIG. Here, the optical lattice clock 10 will be described as an example of an apparatus using the slow-atom beam generator. may be used.
  • the optical lattice clock 10 includes, for example, a physical package 12, an optical system device 14, a control device 16, and a PC (Personal Computer) 18.
  • the physics package 12 is a device that captures atomic groups, confines them in optical lattices, and causes clock transitions.
  • the optical system device 14 is a device having optical devices such as an atom capture laser light source, a clock transition excitation laser light source, and a laser frequency control device. In addition to sending laser light to the physics package 12, the optical system device 14 receives fluorescence signals emitted by the atomic clusters in the physics package 12, converts them into electric signals, and feeds them back to the laser light source so as to match the resonance frequency of the atoms. etc. are processed.
  • the control device 16 is a device that controls the physical package 12 and the optical system device 14 .
  • the control device 16 performs, for example, operation control of the physics package 12, operation control of the optical system device 14, and analysis processing such as frequency analysis of clock transitions obtained by measurement.
  • the functions of the optical lattice clock 10 are realized by the physics package 12, the optical system device 14, and the control device 16 cooperating with each other.
  • the PC 18 is a general-purpose computer including a processor and memory. The functions of the PC 18 are realized by software being executed by hardware including a processor and memory.
  • An application program for controlling the optical lattice clock 10 is installed in the PC 18 .
  • the PC 18 is connected to the control device 16 and may control not only the control device 16 but also the entire optical lattice clock 10 including the physics package 12 and the optical system device 14 .
  • the PC 18 also provides a UI (User Interface) for the optical lattice clock 10 . The user can activate the optical lattice clock 10, measure the time, check the results, and the like via the PC 18.
  • a system that includes the physical package 12 and a configuration necessary for controlling the physical package 12 is sometimes referred to as a "physical package system".
  • the configuration required for control may be included in the control device 16 or PC 18, or may be included in the physical package 12.
  • FIG. Also, some or all of the functionality of the controller 16 may be included in the physical package 12 .
  • the slow atom beam generator according to this embodiment will be described in detail below.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the slow atom beam generator 100 according to the first embodiment.
  • the axis parallel to the longitudinal direction of the slow-atom beam generator 100 will be referred to as the Z-axis.
  • the slow atom beam generating apparatus 100 is roughly divided into a high temperature section and a room temperature section, and by forming magnetic fields with locally different gradients, magneto-optical traps for atoms at a certain level and different It is a device that realizes another magneto-optical trap for atoms in levels.
  • the hot section includes a right-angled cone mirror 102, an optical window 104, an opening 106, a heater 108, a sample 110, a magnetic field generator 112, a thermometer 114, and a hot bath 116.
  • the room temperature section includes a flange 118, a heat radiation shield 120, a heat insulating support rod 122, a cooling filter window 124, a vacuum resistant window 126, and a vacuum resistant electrical connector 128.
  • the hot section further includes a magnetic field gradient relaxation module 130 .
  • the hot bath 116 has a shape that is axially symmetrical with respect to the Z axis.
  • the hot bath 116 may have a cylindrical shape or a polygonal pyramid shape.
  • a high-temperature bath 116 includes a sample 110 that serves as an atom source, an optical window 104 provided at one end for transmitting laser light, and a right-angled conical mirror 102 provided at the other end.
  • a space axially symmetrical with respect to the Z-axis is formed inside the hot bath 116, and a right-angle conical mirror 102 is provided on the inner surface thereof so as to face an optical window 104 provided at one end. .
  • a right-angled quadrangular pyramid mirror is provided instead of the right-angled cone mirror 102 .
  • the right-angled conical mirror 102 reflects the laser light (laser light 132 described later) that has entered the space inside the high-temperature chamber 116 from the optical window 104 toward the optical window 104 .
  • An opening 106 is formed at the vertex of the right-angle conical mirror 102 .
  • the opening 106 is a hole drilled at its vertex. Since the vertex is located on the Z-axis, the opening 106 is located on the Z-axis. As will be described later, the atomic beam is emitted from the opening 106 to the outside of the hot bath 116 .
  • the thermometer 114 is provided on the side of the hot bath 116 and measures the temperature of the hot bath 116 .
  • the thermometer 114 is, for example, a thermocouple thermometer or a resistance thermometer using platinum or the like.
  • a heater 108 for heating the high temperature bath and a magnetic field generator 112 for generating a magnetic field are provided on the outer peripheral surface of the high temperature bath 116 .
  • a magnetic field gradient relaxation module 130 is provided inside the magnetic field generator 112 . The magnetic field gradient relaxation module 130 will be described in greater detail below.
  • the magnetic field generator 112 generates a magnetic field inside the high temperature chamber 116 for capturing (trapping) atoms using a magneto-optical trap (MOT) method.
  • the magnetic field generator 112 may be provided on the outer peripheral surface of the high temperature bath 116 or may be provided on the inner surface of the thermal radiation shield 120 .
  • the magnetic field generator 112 is, for example, a coil.
  • the coil is, for example, an anti-Helmholtz coil having a shape symmetrical with respect to the Z-axis and through which current flows antisymmetrically with respect to the central axis.
  • a uniform gradient magnetic field is formed by passing an electric current through the coil.
  • other coils may be used.
  • the set temperature of the high-temperature bath 116 is 250°C or less, a coated copper wire or the like that can withstand that temperature is used as the coil.
  • the slow atom beam generator 100 When the slow atom beam generator 100 is used in a high-temperature environment, such as when the temperature of the high-temperature bath 116 is set to 270°C, for example, copper wire without coating is used as the coil.
  • a bobbin made of alumina ceramic or the like is used, a groove is formed in the bobbin so that adjacent copper wires do not contact each other, and the groove is used as a guide to wind the copper wire around the bobbin.
  • the magnetic field generator 112 may be a permanent magnet.
  • the permanent magnet is, for example, a pair of permanent magnets having an axially symmetrical ring shape and magnetized antisymmetrically with respect to the central axis.
  • the permanent magnet may be a radially magnetized permanent magnet having an axisymmetric cylindrical shape that covers the hot bath 116 .
  • permanent magnets other than these may be used.
  • a uniform gradient magnetic field is created by the permanent magnets.
  • a permanent magnet with a Curie temperature that is sufficiently higher than the set temperature is used.
  • samarium-cobalt magnets, alnico magnets, strontium ceramic magnets, or the like are used as permanent magnets according to this embodiment.
  • the magnetic field generator 112 forms a quadrupole magnetic field distribution suitable for the right-angled conical mirror 102 .
  • the hot bath 116 may have a right-angled pyramidal shape instead of a right-angled conical shape. That is, a right-angled quadrangular pyramid mirror may be used instead of the right-angled cone mirror 102 .
  • the control device 16 causes the magnetic field generator 112 to generate a two-dimensional quadrupole magnetic field by causing currents in opposite directions to flow in coils facing each other across the 2n rotational symmetry axis.
  • the magnetic field generator 112 is composed of 2n rectangular or arc-shaped permanent magnets having the same shape and provided on the side surface (on the outer peripheral surface of the high temperature chamber 116) surrounding the 2n rotational symmetry axis of the high temperature chamber 116. It may be a magnet (a columnar permanent magnet with a square or arcuate cross section). The permanent magnet is magnetized in an angular direction (circumferential direction surrounding the axis of symmetry) with respect to the axis of symmetry. Also, the magnetization directions of the permanent magnets facing each other across the 2n rotational symmetry axis are opposite to each other. This creates a quadrupole magnetic field.
  • the heater 108 heats the hot bath 116 so that the hot bath 116 reaches the set temperature. For example, heater 108 heats part or all of hot bath 116 . Heating by the heater 108 causes the state of the atomic source to transition from the solid phase to the gas phase, thereby generating atomic gas and releasing it into the space inside the hot bath 116 . Moreover, the heating of the heater 108 can prevent the atomic gas from recondensing when it collides with the optical window 104 or the inner wall of the high-temperature chamber 116 . The role of transitioning the state of the atom source from the solid phase to the gas phase can be achieved not only by the heater 108 but also by ablation using a laser.
  • the sample 110 contains an atomic source and is housed in a small chamber provided on the side of the inner wall of the high temperature bath 116 .
  • the sample 110 may be moved in and out through the opening 106, or the sample 110 may be moved in and out by disassembling the slow atom beam generator and removing the optical window.
  • the high-temperature bath 116 is made of a material that does not chemically react with the atomic gas at the set temperature and does not form an alloy with the atomic gas.
  • the temperature of the high-temperature chamber 116 is such that the saturated vapor pressure of the sample 110 is sufficiently higher than the degree of vacuum of the environment in which the sample 110 is installed, and the saturated vapor pressure of the portion to be heated such as the high-temperature chamber 116 is sufficiently low.
  • the materials of the right-angle cone mirror 102 and the hot bath 116 are, for example, aluminum, aluminum-coated metal, aluminum-coated insulator, silver, silver-coated metal, silver-coated insulator, SUS ( stainless steel), or glass coated with an optical multilayer film.
  • the insulator is, for example, ceramic (such as high-purity alumina) or glass.
  • the material of the right-angle cone mirror 102 may be the same material as the material of the hot bath 116, or may be a different material.
  • the surface that functions as the right-angle cone mirror 102 can be mechanically polished to give it a mirror finish.
  • the surface that functions as the right-angled cone mirror 102 can be coated with aluminum plating, silver plating, or the like.
  • the surface that functions as right-angle conical mirror 102 can be coated with an optical multilayer coating.
  • the right-angled conical mirror 102 and the high-temperature bath 116 for example, materials that have a low vapor pressure when heated to the set temperature and that suppress the amount of gas released under an ultra-high vacuum are used.
  • the right-angle cone mirror 102 and the high-temperature bath 116 the right-angle cone mirror 102 has a sufficient reflectance with respect to an incident laser beam (laser beam 132 described later) in a state of being heated to a set temperature.
  • a material may be used for the surface of the conical mirror 102 that does not chemically react with atomic gases, does not alloy with atomic gases, and maintains sufficient reflectance. Further, the surface of the right-angle cone mirror 102 is polished so that the surface roughness of the right-angle cone mirror 102 is sufficiently small relative to the wavelength of the incident laser light.
  • a material that maintains transparency at the set temperature eg sapphire
  • a film that can maintain transparency at a set temperature may be formed on the optical window 104 made of sapphire.
  • a titanium oxide alloy/silica-based multilayer laminated film may be formed on the optical window 104 by using an electron beam evaporation method.
  • the thermal radiation shield 120 is installed to prevent thermal radiation to parts arranged around the slow atom beam generator 100 .
  • a thermal radiation shield 120 is provided to cover the heater 108 , the magnetic field generator 112 and the hot bath 116 . That is, the heater 108 , the magnetic field generator 112 , and the hot bath 116 are arranged in a space surrounded by the thermal radiation shield 120 .
  • a material with a low surface emissivity eg, mirror-finished aluminum, mirror-finished stainless steel
  • a plurality of thermal radiation shields 120 may be stacked and installed.
  • the outer sheet can be made of a material having a high magnetic permeability, such as permalloy, to serve as both a thermal radiation shield and an electromagnetic shield.
  • Each window is arranged on the Z-axis in the order of the optical window 104, the cooling filter window 124, and the vacuum-resistant window 126.
  • An optical window 104 is provided at one end of the hot bath 116 facing the right-angled conical mirror 102 .
  • the material of the vacuum-resistant window 126 is, for example, Pyrex (registered trademark) glass, quartz glass, or the like. Also, the surface of the vacuum-resistant window 126 may be coated with a film such as an antireflection coating that can maintain transparency.
  • the cooling filter window 124 is coated with a coating that increases the reflectance at the center wavelength of the spectrum of radiation from the high temperature section, and is located between the optical window 104 and the vacuum-resistant window 126 on the optical path of the laser light incident on the optical window 104. to prevent heat from flowing from the optical window 104 to the vacuum-resistant window 126 .
  • an anti-reflection coating [against the laser light incident on the optical window 104] may be applied to the cooling filter window 124.
  • the material of the cooling filter window 124 is, for example, the same material as the vacuum resistant window 126 .
  • a heat ray cut filter may be used instead of the cooling filter window 124 .
  • the heat insulating support rod 122 is provided from the high temperature bath 116 to the flange 118.
  • a material with low thermal conductivity is used to prevent heat from flowing out from the high temperature section to the room temperature section, improve the thermal efficiency of the heater in the high temperature section, and maintain the temperature stability of the room temperature section. is used.
  • magnesia, steatite ceramic, or the like is used as the material for the heat insulating support rods 122 .
  • the vacuum-resistant electrical connector 128 is a hermetic connector for transmitting and receiving electrical signals between a vacuum space and an atmospheric space.
  • the vacuum-resistant electrical connector 128 is used, for example, for signal input/output of the thermometer 114, current supply to the heater 108, current supply to the magnetic field generator 112, and the like. Note that wiring is not shown in FIG. 2 for convenience of explanation.
  • the flange 118 is a member for attaching the slow atom beam generator 100 to a physics package such as an atomic clock device such as the optical lattice clock 10, an atomic interferometer device, or a quantum computer device that uses atoms as qubits.
  • the physics package includes a vacuum vessel, and the slow atom beam generator 100 has a high temperature chamber 116 which is used in an ultra-high vacuum environment, and the interior of the high temperature chamber 116 is maintained at an ultra-high vacuum. Therefore, the flange 118 has a sealing mechanism for sealing a vacuum, such as a metal gasket system. It should be noted that heat may be transferred from the high temperature section to the flange 118 . To address this, the flange 118 may be provided with a water cooling mechanism.
  • the magnetic field gradient relaxation module 130 will be described below.
  • the magnetic field gradient relaxation module 130 is installed in a position inside the magnetic field generator 112 (that is, a position closer to the opening 106 than the magnetic field generator 112) and in a narrower range than the magnetic field generator 112 in the Z-axis direction. , the gradient of the magnetic field generated by the magnetic field generator 112 is relaxed at and around the opening 106 . Further, the magnetic gradient relaxation module 130 is arranged in the hot bath 116 without being arranged in the area surrounded by the hot bath 116, that is, the area where the right-angled conical mirror 102 is formed. In this way, the laser light 132 is incident on the right-angled conical mirror 102 and reflected by the right-angled conical mirror 102 unobstructed by the magnetic grading module 130 .
  • a space that is axially symmetrical with respect to the Z-axis is formed inside the high-temperature bath 116 .
  • regions A and B indicated by dashed lines are formed. Areas A and B are areas surrounded by hot bath 116 . Region B is a region closer to opening 106 than region A, and region A is a region farther from opening 106 than region B is.
  • the magnetic field generator 112 is designed to form a magnetic field gradient that is as uniform as possible in the space inside the hot bath 116 (that is, the space containing regions A and B).
  • the magnetic gradient relaxation module 130 is designed to locally create a magnetic field gradient in region B while leaving region A unaffected by the magnetic field. That is, the magnetic field gradient reduction module 130 is configured to form a magnetic field gradient in a region B that is narrower than the entire region including regions A and B in which the magnetic field is formed by the magnetic field generator 112 and that is inside the entire region.
  • the magnetic field gradient reduction module 130 is provided around the opening 106 with the Z-axis as the center axis to form a magnetic field gradient in region B.
  • the magnetic gradient relaxation module 130 is designed, for example, to achieve magnetic poles having a shape similar to that of the magnetic field generator 112 and having a sign opposite to the magnetic poles formed by the magnetic field generator 112 .
  • the magnetic field gradient relaxation module 130 is an anti-Helmholtz coil having a shape similar to that of the anti-Helmholtz coil and centered on the Z-axis. It is installed around the opening 106 as. The direction of the current flowing through each coil is set so that the current flows in the anti-Helmholtz coil of the magnetic field generator 112 and the anti-Helmholtz coil of the magnetic field gradient relaxation module 130 in opposite directions.
  • the direction of the current in each coil is set so that the current flows in the anti-Helmholtz coil of the magnetic field gradient relaxation module 130 in the direction opposite to the direction of the current flowing in the anti-Helmholtz coil of the magnetic field generator 112 .
  • the magnetic field gradient reduction module 130 may be a tubular permanent magnet having a shape similar to that of the tubular permanent magnet. It is a permanent magnet magnetized in the opposite direction to the permanent magnet of the magnetic field generator 112 .
  • the magnetic field gradient relaxation module is a soft magnet with high magnetic permeability such as Permalloy.
  • FIG. 3 shows a slow atom beam generator in which soft magnets are used.
  • the magnetic field grading module 130a shown in FIG. 3 is a soft magnet.
  • a soft magnet with high permeability absorbs the magnetic flux around it. The magnetic flux of the absorbed portion will be relaxed.
  • the magnetic grading module 130a consists of an annular soft magnet and is spaced from the center of the quadrupole magnetic field produced by the magnetic field generator 112 by a distance approximately equal to its radius.
  • Magnetic field grading modules consisting of annular soft magnets may be arranged such that their axes are parallel to the central axis of the magnetic field generator 112 and their central points coincide with each other.
  • FIG. 4 shows a specific example of attaching the magnetic field gradient relaxation module to the high temperature bath 116 .
  • FIG. 4 is a perspective view showing the hot bath 116 and the magnetic field grading module 130a composed of soft magnets.
  • a groove 116 a surrounding the opening 106 is formed around the opening 106 in the hot bath 116 .
  • a ring-shaped magnetic field gradient relaxation module 130a is fitted in the groove 116a.
  • a magnetic field grading module 130 consisting of a ring-shaped permanent magnet may be fitted in the groove 116a.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the hot bath 116 and the magnetic field grading module 130a composed of soft magnets.
  • the high-temperature bath 116 is formed with a protrusion 116 b surrounding the opening 106 around the opening 106 .
  • a ring-shaped magnetic field gradient relaxation module 130a is fitted in the protrusion 116b.
  • a magnetic field grading module 130 consisting of a ring-shaped permanent magnet may be fitted into the protrusion 116b.
  • FIG. 6 shows the calculation results of the magnetic field distribution formed by the magnetic field generator 112 and the magnetic field gradient relaxation module 130.
  • Calculation results A1 and A2 are calculation results of the magnetic field distribution formed by the magnetic field generator 112 .
  • Calculation results B1 and B2 are calculation results when using the magnetic field gradient relaxation module 130 composed of two ring-shaped soft magnets arranged side by side, and are formed by the magnetic field generator 112 and the magnetic field gradient relaxation module 130. It is a calculation result of magnetic field distribution.
  • Calculation results C1 and C2 are the calculation results when the magnetic field gradient relaxation module 130 made of a cylindrical soft magnet is used, and are the calculation results of the magnetic field distribution formed by the magnetic field generator 112 and the magnetic field gradient relaxation module 130. is.
  • Calculation results A1, B1, and C1 show a magnetic field map that expresses the magnetic field strength by color tone (shading). Calculation results A2, B2, and C2 indicate contour lines of the magnetic field.
  • the same contour lines as in the calculation results A1 and A2 are formed at positions away from the center, but the contour lines are sparse near the center, that is, the magnetic field It can be seen that a region with a moderated gradient is formed.
  • FIG. 7 shows magnetic field profiles corresponding to the calculation results B1 and B2.
  • FIG. 8 shows magnetic field profiles corresponding to the calculation results C1 and C2.
  • the vertical axis indicates the magnetic field
  • the vertical axis indicates the gradient of the magnetic field.
  • the horizontal axis indicates the distance in the radial direction
  • the horizontal axis indicates the distance in the Z-axis direction.
  • a profile D1 in FIGS. 7 and 8 is a magnetic field profile formed by the magnetic field generator 112 and the magnetic field gradient relaxation module 130.
  • a profile D2 is a magnetic field profile formed by the magnetic field generator 112 alone without using the magnetic field gradient relaxation module 130 . It can be understood that the magnetic field gradient is locally relaxed by using the magnetic field gradient relaxation module 130 .
  • a strong magnetic field gradient is formed in the region A and a weak magnetic field gradient is formed in the region B. That is, in region B, a strong magnetic field gradient generated by the magnetic field generator 112 is relaxed by the magnetic field gradient relaxation module 130, thereby locally forming a weak magnetic field gradient.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration of the slow atom beam generator according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing energy transitions.
  • the laser light 132 enters the slow atom beam generator 100 from outside the slow atom beam generator 100 through the vacuum-resistant window 126 .
  • Laser light 132 has circular polarization (eg, ⁇ +).
  • a laser beam 132 entering the slow atom beam generator 100 passes through the cooling filter window 124 and the optical window 104 and is reflected twice by the right-angle conical mirror 102 in the hot bath 116 (see reference numeral 136).
  • the reflected laser beam 132 has circular polarization opposite to that of the forward path (eg, ⁇ -), passes through the optical window 104, the cooling filter window 124, and the vacuum-resistant window 126, and exits the slow atom beam generator 100. emit.
  • the laser beam 134 shown in FIG. 2 is a push laser beam, which passes through the vacuum-resistant window 126 from the outside of the slow-atom beam generator 100 along the X-axis and enters the slow-atom beam generator 100. .
  • the heater 108 heats the high-temperature chamber 116 to heat the atom source, which evaporates the atoms and releases them into the space inside the high-temperature chamber 116 .
  • Atomic gases are trapped and cooled inside the hot bath 116 using a magneto-optical trap.
  • the magnetic field generator 112 forms a gradient magnetic field in the space inside the high-temperature bath 116 (the area including areas A and B), and the magnetic field gradient relaxation module 130 relaxes the magnetic field gradient in the area B.
  • the magnetic field and magnetic field gradient indicated by the magnetic field profile D1 shown in FIG. 7 or 8 are formed.
  • the reflected laser light 132 and the magnetic field formed by the magnetic field generator 112 and the magnetic field grading module 130 form a trapping space inside the hot chamber 116 for trapping atoms, thereby trapping the atoms.
  • a magneto-optical trap (MOT) is realized.
  • FIG. 1 The transition from the 3P2 level , which is a metastable state , to the 3D3 level has a narrow natural width, and is expected to cool down to a low temperature with a long lifetime.
  • the atoms trapped and cooled by the magneto-optical trap in this way are output from the opening 106 to the outside of the high temperature bath 116 by the laser light 134, which is push laser light.
  • the atoms output in this way form a slow atom beam.
  • the thermal radiation shield 120 is formed with an opening on the Z-axis, and the slow atom beam emitted from the high-temperature chamber 116 passes through the opening formed in the thermal radiation shield 120 to the outside of the thermal radiation shield 120.
  • the entire high temperature chamber 116 including the optical window 104 is heated in addition to the sample 110. Therefore, even an element that has a low saturated vapor pressure at room temperature and cannot obtain a sufficient atomic gas can obtain a sufficient atomic gas by increasing the saturated vapor pressure by heating.
  • strontium is used as the atomic source. By heating the high-temperature bath 116 to about 270° C., sufficient atomic gas can be obtained even when strontium is used as the atomic source.
  • a magneto-optical trap can be used to generate a high flux of cold atom beams.
  • An element other than strontium may be used as the element having a low saturated vapor pressure at room temperature.
  • ytterbium may be used as an atomic source.
  • the thermal radiation emitted by the high-temperature part is suppressed. be able to.
  • the length of the heat insulation support rod 122 which mainly conducts heat between the high temperature part and the room temperature part, is an important parameter.
  • Magnesia (MgO) is suitable as a material for the heat insulating support rods 122 in consideration of less outgassing in a UHV environment.
  • the number of heat insulating support rods 122 is preferably three from the viewpoint of heat release. Of course, this number is only an example, and the number may be other than three.
  • As the material of the high-temperature bath 116 it is preferable to use aluminum, which has a high reflectance and does not readily react chemically with atomic gases. By using aluminum, which is a light metal, as a material, it is possible to reduce the weight of the slow atom beam generator and reduce the risk of deformation of the support.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of a slow atom beam generator 200 according to the second embodiment.
  • a slow-atom beam generator 200 according to the second embodiment includes a high-temperature chamber 202 instead of the high-temperature chamber 116 of the slow-atom beam generator 100 according to the first embodiment. Since the configuration of the slow-atom beam generating apparatus 200 other than the high-temperature chamber 202 is the same as the configuration of the slow-atom beam generating apparatus 100, the configuration of the high-temperature chamber 202 will be described below, and the configuration other than the high-temperature chamber 202 will be described. are omitted. Note that FIG. 11 shows the magnetic gradient relaxation module 130a made of a soft magnet as the magnetic gradient relaxation module, but the magnetic gradient relaxation module 130 may be used.
  • a right-angle conical mirror 102 is provided on the inner surface of the high-temperature bath 202 as in the first embodiment.
  • the opening 106 is not formed at the vertex of the right-angle conical mirror 102, but a passage 204 extending along the X-axis perpendicular to the Z-axis is formed near the vertex.
  • a passageway 204 extends through the hot bath 202 extending in the X-axis.
  • the magnetic field generator 112 forms a gradient magnetic field in the space inside the high-temperature chamber 202 (the region including regions A and B), and the magnetic field gradient relaxation module 130a (or the magnetic field gradient relaxation module 130) , the magnetic field gradient in region B is relaxed.
  • the optical grating By irradiating the optical grating light beam into the passage 204 and slightly changing the wavelength of the optical grating light beam, the optical grating can be aligned in the traveling direction of the optical grating light beam. Atoms trapped in the region B can be moved within the passage 204 by the moving means of the moving optical grating. Atoms moved within passage 204 are output to the outside from opening 206 . The atoms output in this way form a slow atom beam.
  • two-stage cooling can be realized in the same slow-atom beam generator 200. Moreover, according to the second embodiment, there is an advantage that the laser light 132 used for the magneto-optical trap does not leak outside from the opening 106 .
  • the physical package 12 of the optical lattice clock according to this embodiment will be described below.
  • the physics package 12 includes the slow atom beam generator 100 according to the first embodiment, a vacuum chamber surrounding a clock transition space in which atoms are arranged, and a mechanism for realizing magneto-optical traps and clock transitions in the vacuum chamber 6. including. The operation of the physical package 12 will be described below.
  • the inside of the vacuum chamber is evacuated.
  • the slow-atom beam sufficiently decelerated by the slow-atom beam generator 100 is emitted from the slow-atom beam generator 100 and reaches a magneto-optical trap device (MOT device) in the vacuum chamber.
  • MOT device magneto-optical trap device
  • a magnetic field having a linear spatial gradient is formed around the trapping space in which atoms are trapped, and MOT light is irradiated.
  • atoms are captured in the trapping space.
  • the slow atom beam reaching the MOT device is decelerated in the trapping space, thereby trapping the atomic population in the trapping space.
  • the optical lattice light beam enters the trapping space and is reflected by the optical resonator provided in the vacuum chamber, thereby forming an optical lattice potential in which standing waves continue in the traveling direction of the optical lattice light beam. be. Atomic ensembles are trapped in the optical lattice potential.
  • the optical grating can be moved in the traveling direction of the optical grating light beam.
  • a group of atoms is moved to the clock transition spectroscopic region by means of the moving optical grating.
  • the clock transition space is off the beam axis of the slow atom beam.
  • atoms are irradiated with laser light whose optical frequency is controlled, and high-precision spectroscopy of clock transitions (that is, atomic resonance transitions that serve as the reference for clocks) is performed to measure the unique and unchanging frequencies of atoms. This realizes an accurate atomic clock. If it is not necessary to move the atomic population from the capture space to the clock transition space, spectroscopy may be performed in the capture space.
  • the emitted light is received by the optical system device 14, subjected to spectroscopic processing by the control device 16, and the frequency is obtained.
  • the slow-atom beam generator 200 according to the second embodiment may be used instead of the slow-atom beam generator 100 according to the first embodiment.
  • each embodiment can be applied to other than the optical lattice clock by those skilled in the art. Specifically, it is applicable to atomic clocks other than optical lattice clocks, or atomic interferometers which are interferometers using atoms.
  • atomic clocks other than optical lattice clocks, or atomic interferometers which are interferometers using atoms.
  • a physics package for an atomic clock or a physics package for an atomic interferometer that includes the slow atom beam generator and the vacuum chamber according to the embodiment may be constructed.
  • the present embodiment can also be applied to various quantum information processing devices for atoms or ionized atoms. Quantum information processing device refers to a device that performs measurement, sensing, and information processing using the quantum state of atoms and light.
  • Quantum simulators can be exemplified.
  • the physical package of the quantum information processing device can achieve miniaturization or portability similar to the physical package of the optical lattice clock.
  • the clock transition space may simply be treated as a space in which clock transition spectroscopy occurs, rather than a space intended for time measurement.
  • optical lattice clock 10 optical lattice clock, 12 physics package, 14 optical system device, 16 control device, 100, 200 slow atom beam generator, 102 right angle cone mirror, 104 optical window, 106 aperture, 108 heater, 110 sample, 112 magnetic field generator , 116 hot chamber, 120 thermal radiation shield, 130, 130a magnetic field gradient relaxation module, 132, 134 laser light.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

高温槽（１１６）は、一方端に設けられてレーザー光（１３２）を通す光学窓と、他方端に設けられて頂点に開口部（１０６）を有し、光学窓から入射したレーザー光（１３２）を開口部（１０６）以外の部分で一方端に向けて反射する直角円錐ミラー（１０２）とを含む。磁場発生装置（１１２）は、直角円錐ミラー（１０２）によって反射されたレーザー光が交差する領域に磁場を発生させる。磁場勾配緩和モジュール（１３０）は、開口部（１０６）にて、磁場発生装置（１１２）が発生させる磁場の勾配を緩和させる緩和磁場を発生させる。

Description

低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
　本発明は、低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステムに関する。
　光格子時計は、２００１年に、本出願の発明者の一人である香取秀俊によって提案された原子時計である。光格子時計では、レーザー光で形成した光格子内に原子集団を閉じ込めて、可視光領域の共振周波数を計測するため、現行のセシウム時計の精度をはるかに凌駕する１８桁の精度の計測が可能である。光格子時計は、発明者らのグループによって鋭意研究開発がなされている他、国内外の様々なグループによっても研究開発が行われて、次世代原子時計として発展してきている。
　最近の光格子時計の技術については、例えば、下記特許文献１～３を挙げることができる。特許文献１には、中空の通路を有する光導波路の内部に、１次元の移動光格子を形成することが記載されている。特許文献２には、実効的魔法周波数を設定する態様について記載されている。実際に、ストロンチウム、イッテルビウム、水銀、カドミウム及びマグネシウム等で、魔法波長が、理論的にかつ実験的に決定されている。また、特許文献３には、周囲の壁から放射される黒体輻射からの影響を低減する輻射シールドについて記載されている。
　光格子時計では、高精度で時間計測を行うため、重力による一般相対性論的な効果に基づく地球上の１ｃｍの高度差を、時間の進み方のずれとして検出することができる。そこで、光格子時計を小型化、可搬化して研究室外のフィールドで利用できるようになれば、地下資源探索、地下空洞、マグマだまりの検出等、新たな測地技術への応用可能性が広がる。光格子時計を量産して各地に配置し、重力ポテンシャルの時間変動を連続監視することにより、地殻変動の検出、重力場の空間マッピング等の応用も可能となる。このように、光格子時計は、高精度な時間計測の枠を超えて、新たな基盤技術として社会に貢献することが期待されている。
　ところで、近年、レーザー光によって絶対零度付近に冷却された低速原子を用いた原子の精密計測装置の研究が進められている。このような精密計測装置においては、高流量で効率的に低速原子ビームを生成することが重要になる。
　低速原子ビームを生成する装置である低速原子ビーム生成装置の利用が考えられる装置として、上述した光格子時計が挙げられる。また、極低温まで冷却された中性原子は、近年、量子計算のキュービットとして注目されている。冷却原子をキュービットとして用いる量子コンピュータでは、固体や液体中の電子スピンや核スピン等の他のキュービットを用いる場合と比べて、周囲の環境の影響を受け難い。そのため、長い時間、量子情報を保持することができる。また、ボーズ凝縮技術を用いてキュービット数を増やすことができる等の利点が期待されている。
　ところで、近年、原子に対して、複数の異なるエネルギー準位間に対して、磁気光学トラップ法（Magneto-Optical Trap：ＭＯＴ）を適用することが試みられている。
　非特許文献１には、カルシウム（Ｃａ）原子に対して、基底状態１Ｓ０から励起状態１Ｐ１への遷移を利用した磁気光学トラップと、１Ｐ１から準安定状態である３Ｐ２へ遷移した原子に対して、３Ｐ２から３Ｄ３への遷移を利用した磁気光学トラップと、を併用した実験が記載されている。準安定状態である３Ｐ２準位から３Ｄ３準位への遷移は、狭い自然幅を持ち、長寿命で低い温度への冷却が期待できる。
　非特許文献２には、イッテルビウム（Ｙｂ）原子に対して、基底状態１Ｓ０から励起状態１Ｐ１への遷移を利用した磁気光学トラップと、１Ｓ０から３Ｐ１への遷移を利用した磁気光学トラップと、を併用した実験が記載されている。前者の遷移の自然幅は広く、後者の遷移の自然幅は狭く、これらを併用することによって、単一遷移を利用する場合と比べて、比較的低い磁場勾配で原子を捕獲することが可能となり、装置の単純化及び低コスト化が期待できる。
　非特許文献３では、広い捕獲速度範囲と低い冷却温度を達成する２段階冷却では、それぞれの磁気光学トラップの最適磁場が異なるため、同一のＭＯＴ装置によって２段階冷却を実現することは困難であることが論じられている。
　ここで、２段階冷却について説明する。
　各準位にある原子を、磁気光学トラップによって捕獲する際、捕獲できる原子の加速度ａ０は、断熱条件に従って以下に示す式（１）のように記述される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　Δμは、実効的な磁気モーメントを表し、ｄＢ／ｄｚは、磁気勾配を表す。捕獲した原子のドップラー温度ＴＤは、以下に示す式（２）のように記述される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　加速度ａ０とドップラー温度ＴＤは、以下に示す式（３）のように記述される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（１）と式（３）とから、以下に示す式（４）が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　原子冷却や原子捕獲に利用する遷移を選定すると、遷移の自然幅（γ）が決定される。その自然幅から、式（２）からドップラー温度ＴＤが、式（３）から最大加速度が、また式（１）から磁場勾配が一意的に与えられる。例えば、磁場勾配を大きくして減速距離を短くしたければ、自然幅の大きな遷移を使うことになり、その結果、ドップラー温度は高くならざるを得ない。また、例えば、ドップラー温度を低くしたければ、自然幅の小さな遷移を使うことになり、磁場勾配は小さくならざるを得ない。
　最大加速度が遷移によって異なることに注目すると、複数の準位に対して磁気光学トラップを適用しつつ、上記の（１）の内容と（２）の内容とをそれぞれ別々の空間で実現し、各原子の準位に応じた適切な磁場勾配を与えることができると、よりいっそう冷却された状態の原子ビームを効率よく生成することが期待できる。
特許第６２０６９７３号公報 特表２０１８－５１０４９４号公報 特開２０１９－１２９１６６号公報
J.Grunert et.al "Sub-Doppler magneto-optical trap for calcium" Phys.Rev.A 65(2002)041401 A.Kawasaki et.al "Two-color magneto-optical trap with small magnetic field for ytterbium" J.Phys.B Mol Opt.Phys.48(2015)155302. Hidetoshi Katori. Tetsuya Ido. Yoshitomo Isoya. and Makoto Kuwata-Gonokami. "Magneto-Optical Trapping and Cooling of Strontium Atoms down to the Photon Recoil Temperature".Phys.Rev.Lett.82.1116.1999
　上記の非特許文献３に記載されているように、従来のＭＯＴ装置の構成では、２段階冷却を同一のＭＯＴ装置によって実現することは困難であった。
　本発明の目的は、ある準位にある原子に対する磁気光学トラップと、その準位とは異なる準位にある原子に対する別の磁気光学トラップとを、同一の装置にて実現することにある。
　本発明の１つの態様は、原子源と、一方端に設けられてレーザー光を通す光学窓と、他方端に設けられて頂点に開口部を有し、前記光学窓から入射したレーザー光を前記開口部以外の部分で前記一方端に向けて反射するミラーと、を含む高温槽と、前記高温槽を加熱することで、前記原子源から前記高温槽内に原子気体を発生させるヒーターと、前記ミラーによって反射されたレーザー光が交差する領域に磁場を発生させる磁場発生装置と、前記開口部にて、前記磁場発生装置が発生させる磁場の勾配を緩和させる緩和磁場を発生させる磁場勾配緩和モジュールと、を含み、レーザー光と磁場とによって実現される磁気光学トラップを利用することで原子気体から原子ビームを形成し、前記開口部から原子ビームを外部に出射させる、ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置である。
　上記の構成によれば、磁場発生装置によって形成された磁場の勾配が、開口部にて、磁場勾配緩和モジュールによって緩和される。これにより、強い磁場勾配と弱い磁場勾配とが形成され、それぞれの磁場勾配によって異なる磁気光学トラップが実現される。つまり、ある準位にある原子に対する磁気光学トラップと、その準位とは異なる準位にある原子に対する別の磁気光学トラップとが実現される。上記の構成によれば、同一の低速原子ビーム生成装置によって、それを実現することができる。
　前記磁場発生装置は、磁場勾配を形成する反ヘルムホルツコイルであり、前記緩和モジュールは、前記反ヘルムホルツコイルと相似の形状を有し、前記反ヘルムホルツコイルとは反対向きに電流が流れるコイルであってもよい。
　前記磁場発生装置は、磁場勾配を形成する筒状の永久磁石であり、前記緩和モジュールは、前記筒状の永久磁石と相似の形状を有し、前記筒状の永久磁石とは反対向きに着磁されていてもよい。
　前記磁場発生装置は、磁場勾配を形成し、前記緩和モジュールは、ソフト磁石からなり、その内部の磁束を吸収することで、内部の磁場勾配を緩和してもよい。
　前記開口部は、レーザー光の軸上以外の場所に形成されていてもよい。
　前記原子源は例えば、ストロンチウムやイッテルビウムである。上記の構成を用いることで、ストロンチウムやイッテルビウムの低速原子ビームを生成することが可能となる。ストロンチウムやイッテルビウムは一例に過ぎず、室温では飽和蒸気圧が低く十分な原子気体が得られない他の元素が用いられてもよい。用いられる元素に応じてヒーターの設定温度を変えてもよい。例えば、用いられる元素の原子気体が得られる温度にヒーターの設定温度を設定することで、そのような元素について十分な原子気体を得ることができる。
　前記高温槽は、例えば、２ｎ（ｎ＝２以上の整数）軸対称の直角円錐状の形状、又は、直角四角錐状の形状を有する。つまり、高温槽は、円錐状の形状を有してもよいし、多角錐状の形状を有してもよい。
　本発明の１つの態様は、上記の低速原子ビーム生成装置と、原子が配置される時計遷移空間を囲む真空チャンバーと、を含む、ことを特徴とする物理パッケージである。
　本発明の１つの態様は、この物理パッケージを含む、ことを特徴とする光格子時計用物理パッケージである。
　本発明の１つの態様は、この物理パッケージを含む、ことを特徴とする原子時計用物理パッケージである。
　本発明の１つの態様は、この物理パッケージを含む、ことを特徴とする原子干渉計用物理パッケージである。
　本発明の１つの態様は、この物理パッケージを含む、ことを特徴とする原子又はイオン化された原子についての量子情報処理デバイス用物理パッケージである。
　本発明の１つの態様は、この物理パッケージと、前記物理パッケージの動作を制御する制御装置と、を含む物理パッケージシステムである。
　本発明によれば、ある準位にある原子に対する磁気光学トラップと、その準位とは異なる準位にある原子に対する別の磁気光学トラップとを、同一の装置にて実現することにある。
実施形態にかかる光格子時計の全体構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。 第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。 高温槽と磁場勾配緩和モジュールを示す斜視図である。 高温槽と磁場勾配緩和モジュールを示す斜視図である。 磁場分布の計算結果を示す図である。 磁場プロファイルを示す図である。 磁場プロファイルを示す図である。 第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。 エネルギー遷移を示す図である。 第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。
＜光格子時計の構成＞
　図１を参照して、本実施形態に係る低速原子ビーム生成装置が用いられる光格子時計１０の概略構成について説明する。図１は、光格子時計１０の全体構成を示すブロック図である。ここでは、低速原子ビーム生成装置が用いられる装置の一例として光格子時計１０を例に挙げて説明するが、もちろん、本実施形態に係る低速原子ビーム生成装置は、光格子時計１０以外の装置に用いられてもよい。
　光格子時計１０は、例えば、物理パッケージ１２と、光学系装置１４と、制御装置１６と、ＰＣ（Personal Computer）１８とを含む。
　物理パッケージ１２は、原子集団を捕獲し、光格子に閉じ込め、時計遷移を起こさせる装置である。光学系装置１４は、原子捕獲用レーザー光源、時計遷移励起レーザー光源、レーザー周波数制御装置等の光学的機器を備えた装置である。光学系装置１４は、レーザー光を物理パッケージ１２に送る他、物理パッケージ１２において原子集団が放出した蛍光信号を受光して電気信号に変換し、原子の共鳴周波数に合うようにレーザー光源へフィードバックする等の処理を行う。制御装置１６は、物理パッケージ１２及び光学系装置１４を制御する装置である。制御装置１６は、例えば、物理パッケージ１２の動作制御、光学系装置１４の動作制御、及び、計測によって得られた時計遷移の周波数解析等の解析処理を行う。物理パッケージ１２、光学系装置１４、及び、制御装置１６が、相互に連携することで、光格子時計１０の機能が実現される。
　ＰＣ１８は、プロセッサとメモリとを含む、汎用的なコンピュータである。プロセッサとメモリとを含むハードウェアによってソフトウェアが実行されることで、ＰＣ１８の機能が実現される。ＰＣ１８には、光格子時計１０を制御するアプリケーションプログラムがインストールされている。ＰＣ１８は、制御装置１６に接続されており、制御装置１６のみならず、物理パッケージ１２と光学系装置１４とを含む光格子時計１０の全体を制御してもよい。また、ＰＣ１８は、光格子時計１０のＵＩ（User Interface）を提供する。ユーザは、ＰＣ１８を介して、光格子時計１０の起動、時間計測、及び、結果確認等を行うことができる。
　なお、物理パッケージ１２と物理パッケージ１２の制御に必要となる構成とを含むシステムを、「物理パッケージシステム」と称することがある。制御に必要となる構成は、制御装置１６又はＰＣ１８に含まれてもよいし、物理パッケージ１２に含まれてもよい。また、制御装置１６の機能の一部又は全部が、物理パッケージ１２に含まれてもよい。
　以下、本実施形態に係る低速原子ビーム生成装置について詳しく説明する。
＜第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成＞
　図２を参照して、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００の構成を模式的に示す図である。以下では、低速原子ビーム生成装置１００の長手方向に平行な軸をＺ軸と称することとする。
　低速原子ビーム生成装置１００は、大別して高温部と室温部とを含み、局所的に勾配が異なる磁場を形成することで、ある準位にある原子に対する磁気光学トラップと、その準位とは異なる準位にある原子に対する別の磁気光学トラップとを実現する装置である。
　高温部は、直角円錐ミラー１０２、光学窓１０４、開口部１０６、ヒーター１０８、試料１１０、磁場発生装置１１２、温度計１１４、及び、高温槽１１６を含む。
　室温部は、フランジ１１８、熱輻射シールド１２０、断熱支持棒１２２、冷却フィルター窓１２４、耐真空窓１２６、及び、耐真空電気コネクタ１２８を含む。
　高温部は、更に、磁場勾配緩和モジュール１３０を含む。
　高温槽１１６は、Ｚ軸に対して軸対称の形状を有する。高温槽１１６は、例えば、Ｚ軸に対して２ｎ（ｎ＝２以上の整数）軸対称の形状を有する。具体的には、高温槽１１６は、２ｎ（ｎ＝２以上の整数）軸対称の直角円錐状の形状を有する。高温槽１１６は、円筒状の形状を有してもよいし、多角錐状の形状を有してもよい。
　高温槽１１６は、原子源となる試料１１０と、一方端に設けられてレーザー光を通す光学窓１０４と、他方端に設けられた直角円錐ミラー１０２とを含む。高温槽１１６の内部には、Ｚ軸に対して軸対称な空間が形成されており、その内面において、一方端に設けられた光学窓１０４に対向するように直角円錐ミラー１０２が設けられている。なお、高温槽１１６がＺ軸に対して４回軸対称の形状を有する場合、直角円錐ミラー１０２の代わりに直角四角錐ミラーが設けられる。直角円錐ミラー１０２は、光学窓１０４から高温槽１１６の内部の空間内に入射したレーザー光（後述するレーザー光１３２）を光学窓１０４へ向けて反射する。また、直角円錐ミラー１０２の頂点に開口部１０６が形成されている。開口部１０６は、その頂点に開けられた穴である。頂点はＺ軸上に配置されているため、開口部１０６はＺ軸上に配置される。後述するように、原子ビームが開口部１０６から高温槽１１６の外部に出射される。
　温度計１１４は、高温槽１１６の側面に設けられ、高温槽１１６の温度を計測する。温度計１１４は、例えば、熱電対温度計や、白金等を用いた抵抗温度計等である。
　高温槽１１６の外周面には、高温槽を加熱するヒーター１０８と、磁場を発生させる磁場発生装置１１２とが設けられている。磁場発生装置１１２の内側には、磁場勾配緩和モジュール１３０が設けられている。磁場勾配緩和モジュール１３０については後で詳しく説明する。
　磁場発生装置１１２は、磁気光学トラップ（ＭＯＴ）法を利用して原子を捕獲（トラップ）するための磁場を高温槽１１６の内部に発生させる。磁場発生装置１１２は、高温槽１１６の外周面に設けられてもよいし、熱輻射シールド１２０の内面に設けられてもよい。
　磁場発生装置１１２は、例えばコイルである。コイルは、例えば、Ｚ軸に対して軸対称の形状を有し、その中心軸に対して反対称に電流が流れる反ヘルムホルツコイルである。コイルに電流を流すことで、一様な勾配磁場が形成される。大きな勾配磁場を形成するためには、例えば、大きな電流を流せるように太い径を有する線を、多くの巻き数で巻く必要がある。もちろん、これ以外のコイルが用いられてもよい。
　高温槽１１６の設定温度が２５０℃以下である場合、その温度に耐え得る被覆銅線等がコイルとして用いられる。
　高温槽１１６の設定温度が２７０℃等のように、高温の環境で低速原子ビーム生成装置１００が使用される場合、例えば、被覆のない銅線がコイルとして用いられる。例えば、アルミナ製セラミック等によって構成されるボビンを使用し、隣接する銅線同士が接触しないようにボビンに溝を形成し、その溝をガイドとして銅線をボビンに巻き付ける。
　別の例として、磁場発生装置１１２は、永久磁石であってもよい。永久磁石は、例えば、軸対称のリング形状を有し、その中心軸に対して反対称に着磁されたペアの永久磁石である。別の例として、永久磁石は、高温槽１１６を覆う軸対称の円筒状の形状を有し、動径方向に着磁した永久磁石であってもよい。もちろん、これら以外の永久磁石が用いられてもよい。永久磁石によって、一様な勾配磁場が形成される。
　また、設定温度に比べて十分に大きなキュリー温度を持つ永久磁石が用いられる。例えば、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、又は、ストロンチウムセラミック磁石等が、本実施形態に係る永久磁石として用いられる。
　磁場発生装置１１２は、直角円錐ミラー１０２に適する四重極磁場分布を形成する。高温槽１１６は、直角円錐状の形状の代わりに直角四角錐状の形状を有してもよい。つまり、直角円錐ミラー１０２の代わりに直角四角錐ミラーが用いられてもよい。
　別の例として、磁場発生装置１１２は、高温槽１１６の２ｎ（ｎ＝２以上の整数）回転対称軸を囲む側面上（高温槽１１６の外周面上）に設けられた、形状の等しい２ｎ（ｎ＝２以上の整数）個の長方形型又は鞍型のコイルであってもよい。例えば、制御装置１６は、２ｎ回転対称軸を挟んで向かい合うコイル同士の電流を互いに逆方向に流すことで、磁場発生装置１１２から２次元四重極磁場を発生させる。
　更に別の例として、磁場発生装置１１２は、高温槽１１６の２ｎ回転対称軸を囲む側面（高温槽１１６の外周面上）に設けられた、形状の等しい２ｎ個の四角柱状又は円弧柱状の永久磁石（断面が四角又は円弧の形状を有する柱状の永久磁石）であってもよい。永久磁石は、対称軸に対して角度方向（対称軸を囲む周方向）に着磁される。また、２ｎ回転対称軸を挟んで向かい合う永久磁石同士の着磁方向が、互いに逆方向である。これによって、四重極磁場が形成される。
　ヒーター１０８は、高温槽１１６が設定温度に達するように高温槽１１６を加熱する。例えば、ヒーター１０８は高温槽１１６の一部又は全体を加熱する。ヒーター１０８による加熱によって、原子源の状態が固相から気相へ転移し、これにより、原子気体が生成され、高温槽１１６の内部の空間に放出される。また、ヒーター１０８の加熱によって、原子気体が光学窓１０４や高温槽１１６の内壁等に衝突した際に再凝縮することを防止することができる。原子源の状態を固相から気相に転移させる役割は、ヒーター１０８だけではなく、レーザーを用いたアブレーションによっても可能である。
　試料１１０は、原子源を含有し、高温槽１１６の内壁の側面に設けられた小部屋に収容される。開口部１０６を通して試料１１０を出し入れしてもよいし、低速原子ビーム生成装置を分解し、光学窓を外すことによって、試料１１０を出し入れしてもよい。
　高温槽１１６の材料は、設定温度にて高温槽１１６が原子気体と化学反応せず、原子気体と合金化しない材料が用いられる。
　高温槽１１６の温度は、試料１１０の飽和蒸気圧が、試料１１０が設置された環境の真空度に比べて十分に大きくなり、高温槽１１６等の加熱される部位の飽和蒸気圧が十分に小さくなるように設定される。例えば、原子源がストロンチウム（Ｓｒ）である場合、高温槽１１６の設定温度は２７０℃に設定される。
　直角円錐ミラー１０２及び高温槽１１６の材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウムでコーティングされた金属、アルミニウムでコーティングされた絶縁体、銀、銀でコーティングされた金属、銀でコーティングされた絶縁体、ＳＵＳ（ステンレス）、又は、光学多層膜コーティングがなされたガラス、等である。絶縁体は、例えば、セラミック（例えば高純度アルミナ等）又はガラスである。
　直角円錐ミラー１０２の材料は、高温槽１１６の材料と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。例えば、直角円錐ミラー１０２の材料が高温槽１１６の材料と同じである場合、直角円錐ミラー１０２として機能する表面を機械研磨することで、その表面を鏡面に仕上げることができる。直角円錐ミラー１０２の材料が高温槽１１６の材料と異なる場合、直角円錐ミラー１０２として機能する表面を、アルミニウムめっきや銀めっき等によってコーティングすることができる。あるいは、直角円錐ミラー１０２として機能する表面を、光学多層膜コーティングすることもできる。
　直角円錐ミラー１０２及び高温槽１１６の材料として、例えば、設定温度に加熱された状態で、蒸気圧が低く、超高真空下において放出ガス量が抑制される材料が用いられる。直角円錐ミラー１０２及び高温槽１１６の材料として、設定温度に加熱された状態で、入射するレーザー光（後述するレーザー光１３２）に対して直角円錐ミラー１０２が十分な反射率を持ち、更に、直角円錐ミラー１０２の表面が原子気体と化学反応せず、原子気体と合金化せず、十分な反射率を保持できる材料が用いられてもよい。また、直角円錐ミラー１０２の表面粗さが、入射するレーザー光の波長に対して十分小さくなるように、直角円錐ミラー１０２の表面が研磨される。
　光学窓１０４の材料として、設定温度にて透過性を維持する材料（例えばサファイア）が用いられる。サファイアからなる光学窓１０４上に、設定温度にて透過性を維持することができる膜が形成されてもよい。例えば、電子ビーム蒸着法を用いることで、光学窓１０４上に酸化チタン合金／シリカ系多層積層膜が形成されてもよい。
　熱輻射シールド１２０は、低速原子ビーム生成装置１００の周辺に配置された部品への熱放射を防ぐために設置される。熱輻射シールド１２０は、ヒーター１０８、磁場発生装置１１２、及び、高温槽１１６を覆うように設けられる。つまり、ヒーター１０８、磁場発生装置１１２、及び、高温槽１１６は、熱輻射シールド１２０によって囲まれた空間内に配置される。例えば、表面の輻射率が低い材料（例えば、鏡面仕上げのアルミニウム、鏡面仕上げのステンレス）が用いられる。また、複数枚の熱輻射シールド１２０を重ねて設置してもよい。例えば、二重シートが用いられる場合、外側のシートをパーマロイのような高い透磁率を有する物質によって構成することで、熱輻射シールドと電磁シールドとを兼ねることができる。
　Ｚ軸上に、光学窓１０４、冷却フィルター窓１２４、及び、耐真空窓１２６の順番で、各窓が配置されている。光学窓１０４は、直角円錐ミラー１０２に対向して高温槽１１６の一方端に設けられる。
　耐真空窓１２６の材料は、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスや石英ガラス等である。また、耐真空窓１２６の表面に反射防止コート等の透過性を維持することができる膜が施されてもよい。
　冷却フィルター窓１２４は、高温部からの輻射のスペクトルの中心波長における反射率を上げるコーティングが施され、光学窓１０４と耐真空窓１２６との間において、光学窓１０４へ入射するレーザー光の光路上に設けられ、光学窓１０４から耐真空窓１２６への熱の流入を防止する。また、［光学窓１０４へ入射するレーザー光に対する］反射防止コートが、冷却フィルター窓１２４に施されてもよい。冷却フィルター窓１２４の材料は、例えば、耐真空窓１２６と同じ材料である。また、冷却フィルター窓１２４の替わりに、熱線カットフィルターが用いられてもよい。
　断熱支持棒１２２は、高温槽１１６からフランジ１１８にかけて設けられている。断熱支持棒１２２の材料として、高温部から室温部への熱の流出を防ぎ、高温部のヒーターの熱効率を向上させ、室温部の温度の安定性を維持するために、熱伝導度の低い材料が用いられる。例えば、マグネシアやステアタイトセラミック等が、断熱支持棒１２２の材料として用いられる。
　耐真空電気コネクタ１２８は、真空の空間と大気の空間との間で電気信号を送受信するためのハーメチックコネクタである。耐真空電気コネクタ１２８は、例えば、温度計１１４の信号の入出力、ヒーター１０８への電流の供給、及び、磁場発生装置１１２への電流の供給等に用いられる。なお、説明の便宜上、図２には配線は示されていない。
　フランジ１１８は、低速原子ビーム生成装置１００を、光格子時計１０等の原子時計装置や原子干渉計装置等の物理パッケージ、又は、原子をキュービットとして用いる量子コンピュータ装置の物理パッケージに取り付けるための部材である。物理パッケージは真空容器を含み、低速原子ビーム生成装置は１００の高温槽１１６は、超高真空の環境下で用いられ、高温槽１１６の内部は超高真空に維持される。そのために、フランジ１１８は、例えばメタルガスケット方式等のように真空を封じるためのシール機構を有する。なお、熱が高温部からフランジ１１８へ伝わる可能性がある。これに対処するために、フランジ１１８に水冷機構を設けてもよい。
　以下、磁場勾配緩和モジュール１３０について説明する。磁場勾配緩和モジュール１３０は、磁場発生装置１１２よりも内側の位置（つまり、磁場発生装置１１２よりも開口部１０６に近い位置）、かつ、Ｚ軸方向において磁場発生装置１１２よりも狭い範囲に設置され、開口部１０６及びその周辺にて、磁場発生装置１１２が発生させる磁場の勾配を緩和させる。また、磁場勾配緩和モジュール１３０は、高温槽１１６で囲まれた領域、つまり、直角円錐ミラー１０２が形成されている領域には配置されずに、高温槽１１６に配置されている。こうすることで、レーザー光１３２は、磁場勾配緩和モジュール１３０によって遮られずに直角円錐ミラー１０２に入射し、直角円錐ミラー１０２によって反射される。
　高温槽１１６の内部には、Ｚ軸に対して軸対称な空間が形成されている。図２に示す例では、破線で示す領域Ａ，Ｂが形成されている。領域Ａ，Ｂは、高温槽１１６によって囲まれた領域である。領域Ｂは、領域Ａよりも開口部１０６に近い領域であり、領域Ａは、領域Ｂよりも開口部１０６から離れた領域である。
　磁場発生装置１１２は、高温槽１１６の内部の空間（つまり領域Ａ，Ｂを含む空間）に、できるだけ一様な磁場勾配を形成するように設計されている。磁場勾配緩和モジュール１３０は、領域Ａには磁場の影響を与えず、領域Ｂに局所的に磁場勾配を形成するように設計されている。つまり、磁場勾配緩和モジュール１３０は、磁場発生装置１１２によって磁場が形成される、領域Ａ，Ｂを含む全体の領域よりも狭く、その全体の領域の内側の領域Ｂに、磁場勾配を形成するように設計される。例えば、磁場勾配緩和モジュール１３０は、Ｚ軸を軸中心として開口部１０６の周囲に設けられ、領域Ｂに磁場勾配を形成する。
　磁場勾配緩和モジュール１３０は、例えば、磁場発生装置１１２と相似の形状を有し、磁場発生装置１１２によって形成される磁極と反対の符号を有する磁極を実現するように設計される。
　例えば、磁場発生装置１１２が、Ｚ軸を軸中心とした反ヘルムホルツコイルである場合、磁場勾配緩和モジュール１３０は、その反ヘルムホルツコイルと相似な形状を有する反ヘルムホルツコイルであり、Ｚ軸を軸中心として開口部１０６の周囲に設置される。磁場発生装置１１２の反ヘルムホルツコイルと磁場勾配緩和モジュール１３０の反ヘルムホルツコイルに互いに反対向きに電流が流れるように、各コイルに流れる電流の向きが設定される。つまり、磁場勾配緩和モジュール１３０の反ヘルムホルツコイルに、磁場発生装置１１２の反ヘルムホルツコイルに流れる電流の向きとは反対の向きに電流が流れるように、各コイルの電流の向きが設定される。
　別の例として、磁場発生装置１１２が、動径方向に着磁された筒状の永久磁石である場合、磁場勾配緩和モジュール１３０は、その筒状の永久磁石と相似の形状を有する筒状の永久磁石であって、磁場発生装置１１２の永久磁石とは反対向きに着磁された永久磁石である。
　更に別の例として、磁場勾配緩和モジュールは、パーマロイ等の透磁率の高いソフト磁石である。図３には、ソフト磁石が用いられる低速原子ビーム生成装置が示されている。図３に示されている磁場勾配緩和モジュール１３０ａは、ソフト磁石である。透磁率の高いソフト磁石は、その周辺の磁束を吸収する。吸収された部分の磁束は緩和されることになる。例えば、磁場勾配緩和モジュール１３０ａは、環状のソフト磁石からなり、磁場発生装置１１２が形成する四重極磁場の中心に対して、その半径と同程度の距離だけ離れて配置される。環状のソフト磁石からなる磁場勾配緩和モジュールは、その軸が磁場発生装置１１２の中心軸に平行であり、かつ、互いの中心点が一致するように配置されてもよい。
　図４には、磁場勾配緩和モジュールを高温槽１１６に取り付ける具体例が示されている。図４は、高温槽１１６、及び、ソフト磁石からなる磁場勾配緩和モジュール１３０ａを示す斜視図である。高温槽１１６には、開口部１０６の周囲に開口部１０６を囲む溝１１６ａが形成されている。その溝１１６ａに、リング状の磁場勾配緩和モジュール１３０ａが嵌め込まれる。リング状の永久磁石からなる磁場勾配緩和モジュール１３０が、溝１１６ａに嵌め込まれてもよい。
　図５には、別の具体例が示されている。図５は、高温槽１１６、及び、ソフト磁石からなる磁場勾配緩和モジュール１３０ａを示す斜視図である。高温槽１１６には、開口部１０６の周囲に開口部１０６を囲む突起部１１６ｂが形成されている。その突起部１１６ｂに、リング状の磁場勾配緩和モジュール１３０ａが嵌め込まれる。リング状の永久磁石からなる磁場勾配緩和モジュール１３０が、突起部１１６ｂに嵌め込まれてもよい。
　図６には、磁場発生装置１１２及び磁場勾配緩和モジュール１３０が形成する磁場分布の計算結果が示されている。計算結果Ａ１，Ａ２は、磁場発生装置１１２が形成する磁場分布の計算結果である。計算結果Ｂ１，Ｂ２は、並べられたリング状の２つのソフト磁石からなる磁場勾配緩和モジュール１３０を用いた場合の計算結果であって、磁場発生装置１１２と磁場勾配緩和モジュール１３０とによって形成される磁場分布の計算結果である。計算結果Ｃ１，Ｃ２は、筒状のソフト磁石からなる磁場勾配緩和モジュール１３０を用いた場合の計算結果であって、磁場発生装置１１２と磁場勾配緩和モジュール１３０とによって形成される磁場分布の計算結果である。
　計算結果Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は、磁場強度を色調（濃淡）で表現する磁場マップを示している。計算結果Ａ２，Ｂ２，Ｃ２は、磁場の等高線を示している。
　計算結果Ａ１，Ａ２では、例えばＺ＝０（縦軸）において半径方向（横軸）に、間隔が一様な等高線が形成され、一様な磁場勾配が形成されていることが分かる。これに対して、計算結果Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２では、中心から離れた位置では、計算結果Ａ１，Ａ２と変わらない等高線が形成されるが、中心付近にて等高線が疎な領域、すなわち磁場勾配が緩和された領域が形成されていることが分かる。
　図７には、計算結果Ｂ１，Ｂ２に対応する磁場プロファイルが示されている。図８には、計算結果Ｃ１，Ｃ２に対応する磁場プロファイルが示されている。図７，８中の（ａ）及び（ｃ）において、縦軸は磁場を示し、（ｂ）及び（ｄ）において、縦軸は磁場の勾配を示す。図７，８中の（ａ）及び（ｂ）において、横軸は半径方向の距離を示し、（ｃ）及び（ｄ）において、横軸はＺ軸方向の距離を示す。
　図７，８中のプロファイルＤ１は、磁場発生装置１１２と磁場勾配緩和モジュール１３０によって形成される磁場プロファイルである。プロファイルＤ２は、磁場勾配緩和モジュール１３０を用いずに磁場発生装置１１２のみによって形成される磁場プロファイルである。磁場勾配緩和モジュール１３０を用いることで、局所的に磁場勾配が緩和されることが理解できる。
　以上のように、磁場発生装置１１２と磁場勾配緩和モジュール１３０を設けることで、領域Ａに強い磁場勾配が形成され、領域Ｂに弱い磁場勾配が形成される。すなわち、領域Ｂでは、磁場発生装置１１２によって形成された強い磁場勾配が、磁場勾配緩和モジュール１３０によって緩和されることで、局所的に弱い磁場勾配が形成される。
　以下、図２、図９及び図１０を参照して、低速原子ビーム生成装置１００の動作について説明する。図９は、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。図１０は、エネルギー遷移を示す図である。
　図２及び図９に示すように、レーザー光１３２が、低速原子ビーム生成装置１００の外部から耐真空窓１２６を透過して低速原子ビーム生成装置１００内に入射する。レーザー光１３２は、円偏光（例えばσ＋）を持つ。低速原子ビーム生成装置は１００内に入射したレーザー光１３２は、冷却フィルター窓１２４と光学窓１０４を透過し、高温槽１１６内にて直角円錐ミラー１０２によって２回反射される（符号１３６参照）。反射されたレーザー光１３２は、往路とは逆の円偏光（例えばσ－）を持ち、光学窓１０４、冷却フィルター窓１２４及び耐真空窓１２６を透過して、低速原子ビーム生成装置１００の外部に出射する。
　図２に示されているレーザー光１３４は、プッシュレーザー光であり、Ｘ軸に沿って低速原子ビーム生成装置１００の外部から耐真空窓１２６を透過して低速原子ビーム生成装置１００内に入射する。
　ヒーター１０８によって高温槽１１６が加熱されることで、原子源が加熱され、これによって、原子が蒸発して高温槽１１６の内部の空間に放出される。原子気体は、高温槽１１６の内部にて磁気光学トラップを利用して捕捉されて冷却される。
　磁場発生装置１１２によって高温槽１１６の内部の空間（領域Ａ，Ｂを含む領域）に勾配磁場が形成され、磁場勾配緩和モジュール１３０によって、領域Ｂの磁場勾配が緩和される。例えば、図７又は図８に示されている磁場プロファイルＤ１が示す磁場及び磁場勾配が形成される。
　反射されたレーザー光１３２と、磁場発生装置１１２及び磁場勾配緩和モジュール１３０によって形成された磁場と、によって、原子を捕獲する捕獲空間が高温槽１１６の内部に形成され、これにより、原子を捕獲する磁気光学トラップ（ＭＯＴ）が実現される。
　図１０を参照して、この磁気光学トラップについて詳しく説明する。まず、符号１４０が指し示すエネルギー遷移を利用した磁気光学トラップによって、図２に示されている領域Ａの中心軸上に原子が束縛される。領域Ａに束縛された原子の一部は、プッシュレーザー光であるレーザー光１３４によって領域Ｂに辿り着き、図１０中の符号１４２が指し示すエネルギー遷移を利用した磁気光学トラップによって束縛され、更に低温に冷却される。
　つまり、基底状態１Ｓ０から励起状態１Ｐ１への遷移を利用した磁気光学トラップと、１Ｐ１から準安定状態である３Ｐ２へ遷移した原子に対して、３Ｐ２から３Ｄ３への遷移を利用した磁気光学トラップと、が同一の低速原子ビーム生成装置１００にて実現される。準安定状態である３Ｐ２準位から３Ｄ３準位への遷移は、狭い自然幅を持ち、長寿命で低い温度への冷却が期待できる。
　このようにして磁気光学トラップを利用して捕獲されて冷却された原子は、プッシュレーザー光であるレーザー光１３４によって、開口部１０６から高温槽１１６の外部に出力される。このようにして出力された原子によって、低速原子ビームが形成される。また、熱輻射シールド１２０にはＺ軸上に開口部が形成されており、高温槽１１６から外部に出射した低速原子ビームは、熱輻射シールド１２０に形成された開口部から熱輻射シールド１２０の外部に出射する。
　また、低速原子ビーム生成装置１００によれば、試料１１０の他、光学窓１０４を含めて高温槽１１６の全体が加熱される。それ故、室温では飽和蒸気圧が低く十分な原子気体を得ることができない元素であっても、加熱によって飽和蒸気圧を高くすることで、十分な原子気体を得ることができる。例えば、原子源としてストロンチウムが用いられる。高温槽１１６が２７０℃程度に加熱されることで、ストロンチウムが原子源として用いられる場合であっても、十分な原子気体を得ることができる。また、磁気光学トラップを利用することで高流量の冷却原子ビームを生成することができる。なお、室温では飽和蒸気圧が低い元素として、ストロンチウム以外の元素が用いられてもよい。例えば、イッテルビウムが原子源として用いられてもよい。
　また、加熱された高温槽１１６の周囲が、低速原子ビームが出力される開口部１０６を除き、熱輻射シールド１２０や冷却フィルター窓１２４によって覆われているため、高温部が発する熱輻射を抑制することができる。
　低速原子ビーム生成装置の小型化に関して、高温部と室温部との間で主な熱伝導を担う断熱支持棒１２２の長さが重要なパラメータとなる。断熱支持棒１２２の材料として、ＵＨＶ環境にてアウトガスの少なさを考慮すると、マグネシア（ＭｇＯ）が適する。断熱支持棒１２２の本数は、熱放出の観点から、３本が好ましい。もちろん、この本数は一例に過ぎず、３本以外の本数であってもよい。高温槽１１６の材料として、高反射率であり、原子気体と化学反応し難いアルミニウムを用いることが好ましい。軽金属であるアルミニウムを材料として用いることで、低速原子ビーム生成装置の軽量化が可能となり、また、支柱の変形のリスクを軽減することが可能となる。
＜第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成＞
　図１１を参照して、第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成について説明する。図１１は、第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置２００の構成を模式的に示す図である。
　第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置２００は、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００の高温槽１１６の代わりに、高温槽２０２を含む。低速原子ビーム生成装置２００の高温槽２０２以外の構成は、低速原子ビーム生成装置１００の構成と同じであるため、以下では、高温槽２０２の構成について説明し、高温槽２０２以外の構成についての説明は省略する。なお、図１１には、磁場勾配緩和モジュールとして、ソフト磁石からなる磁場勾配緩和モジュール１３０ａが示されているが、磁場勾配緩和モジュール１３０が用いられてもよい。
　高温槽２０２の内面には、第１実施形態と同様に直角円錐ミラー１０２が設けられている。第２実施形態では、直角円錐ミラー１０２の頂点に開口部１０６は形成されておらず、その頂点付近にて、Ｚ軸に直交するＸ軸に延在する通路２０４が形成されている。通路２０４は、Ｘ軸に延在して高温槽２０２を貫通している。
　第１実施形態と同様に、磁場発生装置１１２によって高温槽２０２の内部の空間（領域Ａ，Ｂを含む領域）に勾配磁場が形成され、磁場勾配緩和モジュール１３０ａ（又は磁場勾配緩和モジュール１３０）によって、領域Ｂの磁場勾配が緩和される。
　光格子光ビームを通路２０４内に照射し、光格子光ビームの波長を若干変化させることで、光格子を光格子光ビームの進行方向にさせることができる。この移動光格子による移動手段によって、領域Ｂにて捕獲された原子を、通路２０４内にて移動させることができる。通路２０４内にて移動させられた原子は、開口部２０６から外部に出力される。このようにして出力された原子によって、低速原子ビームが形成される。
　第２実施形態によれば、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００と同様に、２段階冷却を同一の低速原子ビーム生成装置２００にて実現することができる。また、第２実施形態によれば、磁気光学トラップに用いられるレーザー光１３２が、開口部１０６から外部に漏れない利点がある。
＜物理パッケージ１２の構成＞
　以下、本実施形態に係る光格子時計の物理パッケージ１２について説明する。物理パッケージ１２は、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００と、原子が配置される時計遷移空間を囲む真空チャンバーと、真空チャンバー６内にて磁気光学トラップ及び時計遷移を実現する機構とを含む。以下、物理パッケージ１２の動作について説明する。
　物理パッケージ１２では、真空チャンバーの内部が真空化される。低速原子ビーム生成装置１００によって十分に減速された低速原子ビームは、低速原子ビーム生成装置１００から出射し、真空チャンバー内の磁気光学トラップ装置（ＭＯＴ装置）に至る。ＭＯＴ装置内では、原子が捕捉される捕捉空間を中心に、線形的な空間勾配を有する磁場が形成され、また、ＭＯＴ光が照射される。これにより、捕捉空間にて原子が捕獲される。ＭＯＴ装置に至った低速原子ビームは捕獲空間にて減速され、これにより、原子集団は捕獲空間にて捕獲される。また、光格子光ビームが捕獲空間に入射し、真空チャンバー内に設けられた光学共振器によって反射され、これにより、光格子光ビームの進行方向に定在波が連なった光格子ポテンシャルが形成される。原子集団は、光格子ポテンシャルに捕獲される。
　波長を若干変化させることで、光格子を光格子光ビームの進行方向に移動させることができる。この移動光格子による移動手段によって、原子集団は時計遷移分光領域まで移動させられる。この結果、時計遷移空間は、低速原子ビームのビーム軸から外れる。
　時計遷移空間では、光周波数を制御したレーザー光を原子に照射し、時計遷移（すなわち時計の基準となる原子の共鳴遷移）の高精度分光を行い、原子固有かつ不変な周波数を計測する。これにより、正確な原子時計が実現する。なお、原子集団を捕獲空間から時計遷移空間まで移動させる必要がない場合には、捕獲空間にて分光を行ってもよい。
　原子時計の精度を高めるためには、原子を取り巻く摂動を排除し、周波数を正確に読み出す必要がある。特に重要なことは、原子の熱運動によるドップラー効果が引き起こす周波数シフトの除去である。光格子時計では、時計レーザーの波長に比べ十分に小さい空間に、レーザー光の干渉によって作る光格子で原子を閉じ込めることで、原子の運動を凍結させる。一方で、光格子内では、光格子を形成するレーザー光によって原子の周波数がずれてしまう。そこで、光格子光ビームとしては、「魔法波長」又は「魔法周波数」と呼ばれる特定の波長及び周波数を選ぶことで、光格子が共鳴周波数に与える影響を除去する。
　時計遷移の結果、発光する光は、光学系装置１４によって受光され、制御装置１６によって分光処理等されて、周波数が求められる。
　第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００の代わりに、第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置２００が用いられてもよい。
　以上の説明においては、光格子時計を例に挙げた。しかし、各実施形態の技術は、当業者であれば、光格子時計以外にも適用可能である。具体的には、光格子時計以外の原子時計、又は、原子を使った干渉計である原子干渉計にも適用可能である。例えば、実施形態に係る低速原子ビーム生成装置と真空チャンバーとを含む原子時計用の物理パッケージや、原子干渉計用の物理パッケージが構成されてもよい。また、本実施形態は、原子又はイオン化された原子に対する各種の量子情報処理デバイスにも適用可能である。量子情報処理デバイスとは、原子や光の量子状態を利用して計測、センシング、及び、情報処理を行う装置をいい、原子時計、原子干渉計の他に、磁場計、電場計、量子コンピュータ、量子シミュレータ、量子中継器等を例示することができる。量子情報処理デバイスの物理パッケージでは、実施形態の技術を利用することで、光格子時計の物理パッケージと同様に、小型化又は可搬化を達成することができる。なお、こうしたデバイスでは、時計遷移空間は、時間計測を目的とする空間ではなく、単に、時計遷移分光を起こす空間として扱われる場合があることに注意されたい。
　これらのデバイスでは、各実施形態に係る低速原子ビーム生成装置を用いることで、室温では飽和蒸気圧が低く十分な原子気体を得ることができない元素を用いることができる。また、これらのデバイスの小型化及び可搬化を図ることができる。
　以上の説明においては、理解を容易にするため、具体的な態様について示した。しかし、これらは実施形態を例示するものであり、他にも様々な実施形態をとることが可能である。
　１０　光格子時計、１２　物理パッケージ、１４　光学系装置、１６　制御装置、１００，２００　低速原子ビーム生成装置、１０２　直角円錐ミラー、１０４　光学窓、１０６　開口部、１０８　ヒーター、１１０　試料、１１２　磁場発生装置、１１６　高温槽、１２０　熱輻射シールド、１３０，１３０ａ　磁場勾配緩和モジュール、１３２，１３４　レーザー光。
 

Claims (15)

  1. 　原子源と、一方端に設けられてレーザー光を通す光学窓と、他方端に設けられて頂点に開口部を有し、前記光学窓から入射したレーザー光を前記開口部以外の部分で前記一方端に向けて反射するミラーと、を含む高温槽と、
    　前記高温槽を加熱することで、前記原子源から前記高温槽内に原子気体を発生させるヒーターと、
    　前記ミラーによって反射されたレーザー光が交差する領域に磁場を発生させる磁場発生装置と、
    　前記開口部にて、前記磁場発生装置が発生させる磁場の勾配を緩和させる緩和磁場を発生させる磁場勾配緩和モジュールと、
    　を含み、
    　レーザー光と磁場とによって実現される磁気光学トラップを利用することで原子気体から原子ビームを形成し、前記開口部から原子ビームを外部に出射させる、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  2. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記磁場発生装置は、磁場勾配を形成する反ヘルムホルツコイルであり、
    　前記緩和モジュールは、前記反ヘルムホルツコイルと相似の形状を有し、前記反ヘルムホルツコイルとは反対向きに電流が流れるコイルである、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  3. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記磁場発生装置は、磁場勾配を形成する筒状の永久磁石であり、
    　前記緩和モジュールは、前記筒状の永久磁石と相似の形状を有し、前記筒状の永久磁石とは反対向きに着磁されている、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  4. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記磁場発生装置は、磁場勾配を形成し、
    　前記緩和モジュールは、ソフト磁石からなり、その内部の磁束を吸収することで、内部の磁場勾配を緩和する、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記開口部は、レーザー光の軸上以外の場所に形成されている、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記原子源はストロンチウムである、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  7. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記原子源はイッテルビウムである、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記高温槽は、２ｎ（ｎ＝２以上の整数）軸対称の直角円錐状の形状を有する、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  9. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記高温槽は、直角四角錐状の形状を有する、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  10. 　請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の低速原子ビーム生成装置と、
    　原子が配置される時計遷移空間を囲む真空チャンバーと、
    　を含む、
    　ことを特徴とする物理パッケージ。
  11. 　請求項１０に記載の物理パッケージを含む、
    　ことを特徴とする光格子時計用物理パッケージ。
  12. 　請求項１０に記載の物理パッケージを含む、
    　ことを特徴とする原子時計用物理パッケージ。
  13. 　請求項１０に記載の物理パッケージを含む、
    　ことを特徴とする原子干渉計用物理パッケージ。
  14. 　請求項１０に記載の物理パッケージを含む、
    　ことを特徴とする原子又はイオン化された原子についての量子情報処理デバイス用物理パッケージ。
  15. 　請求項１０に記載の物理パッケージと、
    　前記物理パッケージの動作を制御する制御装置と、
    　を含む物理パッケージシステム。
     
PCT/JP2022/010404 2021-04-08 2022-03-09 低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム WO2022215424A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280026652.5A CN117136476A (zh) 2021-04-08 2022-03-09 低速原子束生成装置、物理封装、光晶格钟用物理封装、原子钟用物理封装、原子干涉仪用物理封装、量子信息处理设备用物理封装以及物理封装系统
JP2023512876A JPWO2022215424A1 (ja) 2021-04-08 2022-03-09
EP22784409.9A EP4322344A1 (en) 2021-04-08 2022-03-09 Slow atomic beam generator, physical package, physical package for optical grid clock, physical package for atomic clock, physical package for atomic interferometer, physical package for quantum information processing device, and physical package system
KR1020237034052A KR20230167364A (ko) 2021-04-08 2022-03-09 저속 원자빔 생성 장치, 물리 패키지, 광격자 시계용 물리 패키지, 원자 시계용 물리 패키지, 원자 간섭계용 물리 패키지, 양자 정보 처리 디바이스용 물리 패키지 및 물리 패키지 시스템

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-066149 2021-04-08
JP2021066149 2021-04-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022215424A1 true WO2022215424A1 (ja) 2022-10-13

Family

ID=83546055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/010404 WO2022215424A1 (ja) 2021-04-08 2022-03-09 低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4322344A1 (ja)
JP (1) JPWO2022215424A1 (ja)
KR (1) KR20230167364A (ja)
CN (1) CN117136476A (ja)
WO (1) WO2022215424A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0335608B2 (ja) 1986-07-23 1991-05-28 Tominaga Oil Pump
US6303928B1 (en) * 1998-12-21 2001-10-16 The Aerospace Corporation Continuous cold atom beam atomic system
WO2014027637A1 (ja) * 2012-08-17 2014-02-20 独立行政法人理化学研究所 光格子時計、時計装置、およびレーザー光源
CN109781088A (zh) * 2019-03-12 2019-05-21 中国计量大学 一种小型化的原子干涉陀螺仪装置及测量方法
JP2020141401A (ja) * 2019-02-26 2020-09-03 日本電信電話株式会社 磁気光学トラップ方法および装置
JP7189588B2 (ja) 2018-01-19 2022-12-14 国立研究開発法人理化学研究所 輻射シールドおよびそれを利用する光格子時計

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016122001A1 (en) 2015-01-30 2016-08-04 Riken Optical lattice clock at operational magic frequency and method for operating the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0335608B2 (ja) 1986-07-23 1991-05-28 Tominaga Oil Pump
US6303928B1 (en) * 1998-12-21 2001-10-16 The Aerospace Corporation Continuous cold atom beam atomic system
WO2014027637A1 (ja) * 2012-08-17 2014-02-20 独立行政法人理化学研究所 光格子時計、時計装置、およびレーザー光源
JP6206973B2 (ja) 2012-08-17 2017-10-04 国立研究開発法人理化学研究所 光格子時計、時計装置、およびレーザー光源
JP7189588B2 (ja) 2018-01-19 2022-12-14 国立研究開発法人理化学研究所 輻射シールドおよびそれを利用する光格子時計
JP2020141401A (ja) * 2019-02-26 2020-09-03 日本電信電話株式会社 磁気光学トラップ方法および装置
CN109781088A (zh) * 2019-03-12 2019-05-21 中国计量大学 一种小型化的原子干涉陀螺仪装置及测量方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. KAWASAKI ET AL.: "Two-color magneto-optical trap with small magnetic field for ytterbium", J. PHYS. B MOL OPT. PHYS., vol. 48, 2015, pages 155302, XP020288050, DOI: 10.1088/0953-4075/48/15/155302
C. W. OATES ; C. W. HOYT ; Y. LE COQ ; Z. W. BARBER ; T. M. FORTIER ; J. E. STALNAKER ; S. A. DIDDAMS ; L. HOLLBERG: "Stability Measurements of the Ca and Yb Optical Frequency Standards", INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM AND EXPOSITION, 2006 IEEE, 1 June 2006 (2006-06-01), Pi , pages 74 - 79, XP031003669, ISBN: 978-1-4244-0074-4 *
HIDETOSHI KATORITETSUYA IDOYOSHITOMO ISOYAMAKOTO KUWATA-GONOKAMI: "Magneto-Optical Trapping and Cooling of Strontium Atoms down to the Photon Recoil Temperature", PHYS. REV. LETT., vol. 82, 1999, pages 1116
J. GRIINERT ET AL.: "Sub-Doppler magneto-optical trap for calcium", PHY. REV., vol. 65, 2002, pages 041401

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230167364A (ko) 2023-12-08
CN117136476A (zh) 2023-11-28
EP4322344A1 (en) 2024-02-14
JPWO2022215424A1 (ja) 2022-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ferguson et al. The atomic, molecular and optical science instrument at the Linac Coherent Light Source
Chkhalo et al. Source for extreme ultraviolet lithography based on plasma sustained by millimeter-wave gyrotron radiation
Hubele et al. Electron and recoil ion momentum imaging with a magneto-optically trapped target
WO2022113717A1 (ja) 低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
Qingmei et al. Conceptual design of dipole research experiment (DREX)
JP2021163883A (ja) 物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、及び、量子情報処理デバイス用物理パッケージ
Roy et al. Collimation of laser-produced plasmas using axial magnetic field
Naides et al. Trapping ultracold gases near cryogenic materials with rapid reconfigurability
Chen et al. A high-resolution imaging x-ray crystal spectrometer for high energy density plasmas
Wodey et al. A robust, high-flux source of laser-cooled ytterbium atoms
JP2021163884A (ja) 真空設置用コイル、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、密閉部材
WO2022215424A1 (ja) 低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
KR20220160046A (ko) 3 축 자기장 보정 코일, 물리 패키지, 광격자 시계용 물리 패키지, 원자 시계용 물리 패키지, 원자 간섭계용 물리 패키지, 양자 정보 처리 디바이스용 물리 패키지 및 물리 패키지 시스템
TWI706695B (zh) 波盪器、磁場感測器、波盪器模組、自由電子雷射、微影系統、及判定波盪器模組之磁場強度之方法
US20240187009A1 (en) Slow Atomic Beam Generator, Physical Package, Physical Package For Optical Lattice Clock, Physical Package For Atomic Clock, Physical Package For Atomic Interferometer, Physical Package For Quantum Information Processing Device, And Physical Package System
Vanderwerf The story of light science
WO2021200909A1 (ja) 光格子時計用物理パッケージ
Albert et al. Measuring the angular dependence of betatron x-ray spectra in a laser-wakefield accelerator
WO2023243246A1 (ja) 磁気光学トラップ装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
Koch et al. High-resolution spectroscopy for doppler-broadening ion temperature measurements of implosions at the national ignition facility
Kantsyrev et al. Extreme ultraviolet spectroscopy diagnostics of low-temperature plasmas based on a sliced multilayer grating and glass capillary optics
Li et al. An integrated high-flux cold atomic beam source for strontium
WO2024004487A1 (ja) 冷却原子生成装置、冷却原子生成方法、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
WO2021200908A1 (ja) 光格子時計及び光格子時計の磁場補正方法
Imhof et al. Development of Compact, Deployable Sensors Using Cold Atom Interference

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22784409

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023512876

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18285995

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023127303

Country of ref document: RU

Ref document number: 2022784409

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022784409

Country of ref document: EP

Effective date: 20231108