装置容量250Lの小型光格子時計を開発――社会基盤における光格子時計の実用化に寄与東京大学、理化学研究所、島津製作所、日本電子

科学技術振興機構（JST）は2024年11月21日、東京大学と理化学研究所、島津製作所、日本電子の共同研究チームが、装置容量250Lの小型・堅牢な超高精度光格子時計を開発したと発表した。

光格子時計は原子時計の一種で、18桁精度（100億年に1秒程度の誤差）を有する。現在「秒」の定義の基準となっているセシウム原子時計と比較して、100倍以上の精度となる。

光格子時計の模式図

光格子時計を今後社会基盤に用いるにあたっては、装置の小型化や長期間、連続で安定して運用できることが求められている。

東京大学、理化学研究所および日本電子は今回、新たな物理パッケージを開発した。空間的な均一磁場の発生に必要なコイルや黒体輻射シールドを真空槽に内蔵し、小型化や高精度化を可能とした。

光格子時計の物理パッケージ

東京大学、理化学研究所および島津製作所は、レーザーおよび制御システムを開発した。光学系の光軸の調整機構が、レーザー溶接手法により不要となっている。

また、水冷やヒートパイプを用いて、熱的に安定化を図った。さらに、最適化した制御回路を高密度に実装し、小型かつ堅牢で、長期運用できるシステムになった。

光格子時計のレーザーおよび制御システム
（フロントカバーを取り外した状態）

加えて、機能ごとに交換できるモジュール構成を採用し、運用中の保守を容易にした。

レーザーおよび制御システムのモジュール構成

今回開発した光格子時計は小型で移設しやすいため、さまざまな環境で一般相対性理論を利用した相対論的センシングが可能となる。例えば、数cm精度のプレート運動や火山活動による地殻の上下変動のモニタリング、標高差計測および測位システム、数時間から数年を経て生じる地殻変動の観測といった用途での活用が期待される。

今回の研究は、JSTの未来社会創造事業における研究開発課題「クラウド光格子時計による時空間情報基盤の構築」の一環として実施された。同研究チームは今後もさらなる小型化や堅牢化を図る。

装置容量250Lの小型光格子時計を開発――社会基盤における光格子時計の実用化に寄与　東京大学、理化学研究所、島津製作所、日本電子