NICT、高精度なイオントラップ型マイクロ波原子時計を開発

情報通信研究機構(NICT)は8月20日、イオントラップ型マイクロ波原子時計を開発し、現在、放送分野や精密測定分野などで広く使用されているルビジウム原子時計を約5倍上回る精度を実現したと発表した。

詳細は、「New Journal of Physics」に掲載された。

時刻と周波数は、ナビゲーションや高速通信、精密機器など、社会インフラの重要基盤である。研究レベルでは、光格子時計などの光時計の誤差10^-18という精度が実証されつつあるが、産業界では、未だ電気信号の基準としてマイクロ波時計が主流となっている。中でも、ルビジウム原子時計は、数十万円程度と安価で手軽なものながら、誤差10^-13の精度が得られるため、精密測定分野や放送分野で広く用いられている。さらに、精度の良い原子時計として、誤差10^-15の水素メーザ原子時計が存在するが、2000万円程度と高価で重たい据置型であり、精度が2桁良い分、価格や重量も2桁大きく、ルビジウム原子時計と水素メーザ原子時計の間に大きなギャップがあった。

研究グループでは、ルビジウム原子時計と水素メーザ原子時計の間の大きなギャップを埋めるために、今回イッテルビウムイオン原子時計を開発した。同開発品は、原子捕捉型のマイクロ波原子時計では初めてレーザ冷却を適用し、定期的にイオンを用いて磁場を測定することで、ルビジウムの精度を上回る原子時計を実現した。原子時計を構成するレーザには、3台の半導体レーザのみを用いた。これにより、将来的に小型化、省電力化を進めることが期待できるとしている。

今後、今回のイッテルビウムイオンを用いたマイクロ波原子時計を普及させ、高精度化することで、精密測定機器の較正や、通信の大容量化に貢献することが期待できる。また、研究グループでは、試作機の完成度を高め、小型化とコストダウンを進めることで、実用機へと転換することを目指すとコメントしている。