長期間運転可能なイッテルビウム光格子時計を開発――国際的な標準時の精度向上に貢献産総研と横浜国大

イッテルビウム光格子時計

産業技術総合研究所（産総研）は2018年9月21日、横浜国立大学と共同で、長期運転できるイッテルビウム光格子時計を開発したと発表した。

光格子時計は光を用いる原子時計（光時計）の1つで、多数の原子をレーザー光によって空間に捕捉することで原子の振動数を同時測定し、正確な時間を計れる。

一方、近年の光を用いた原子時計の進展により、時間の単位「秒」の定義を現行のマイクロ波から光に基づく定義に変更することが検討されている。しかし、その条件として、光時計による国際原子時の精度向上が挙げられている。そのため、長期運転可能な光時計の開発が必要とされていた。

研究グループは今回、超短光パルスレーザーから出力される、広帯域で櫛状（コム）のスペクトルを持つ光周波数コムでレーザー光源を制御。新しい制御システムを構築することで、イッテルビウム光格子時計の安定した動作を実現した。

イッテルビウム光格子時計の全体像

その積算運転時間は60時間以上となり、長期運転が実現されていたストロンチウム光格子時計だけでなく、イッテルビウムにおいても実現可能であることを示した。また、この光格子時計を用いて時計としての誤差を評価し、時計の精度が9000万年に対して1秒程度の誤差に相当することを確認した。さらに、この光格子時計と従来の原子時計を定期的に比較。国際原子時の精度向上への貢献が現実的になったとしている。

イッテルビウム光格子時計の誤差評価の例（a）光格子レーザー周波数と（b）外部磁場に依存したイッテルビウム原子の共鳴周波数のずれの測定結果

今後は、この光格子時計の安定性と信頼性をさらに向上させることで、標準器としての完成度を高め、国際原子時への貢献を目指すとしている。

長期間運転可能なイッテルビウム光格子時計を開発――国際的な標準時の精度向上に貢献　産総研と横浜国大