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私たちの研究室ではレーザー光や電場の力によって原子やイオンを真空中に捕獲し，さらにレーザーの性質をうまく利用することでほぼ絶対零度と言えるほどの極低温状態を実現しています。極低温の状態というのは極めて非日常の状態のように感じるかもしれませんが，実は極低温の原子は自然界に広くみられる様々な系と似た性質を示すことが知られています。また，極低温のイオンは取りうる状態が極めて少なくなり量子状態の精密な制御を可能なことから量子情報処理への応用が期待される系です。我々はレーザー技術に加えて真空や電子回路，プログラミングなど様々な技術を駆使して

• イオントラップを用いた量子センシングに関する研究
• 極低温原子気体を用いた高温超伝導メカニズムの解明
• 宇宙空間など低温環境における化学反応の解明

といった研究テーマに取り組んでいます。

イオントラップを用いた量子センシングに関する研究

物理量を計測する際に，量子力学の原理に基づいた計測手法を用いることで古典的な計測手法では到達できないほどの精度を実現することができる可能性があります。それは広く量子センシングと呼ばれる技術であり，光や粒子などを異なる状態の重ね合わせ状態に用意することで起こすことのできる干渉現象を用いることで実現することができます。この研究では，電場によってトラップされたイオンを物質波として用いることで，その干渉現象から装置の回転を計測できる可能性を追求しています。この技術は未だ世界のどのグループも実現していませんが，実現できればジャイロスコープの小型化や高精度化などの可能性が期待されます。

 

極低温原子気体を用いた高温超伝導メカニズムの解明

超伝導とは低温において金属の電気抵抗がゼロになる有名な現象です。超伝導現象が発現するには２つの電子が対を形成することが必要となりますが，この対の作り方の対称性によってさまざまな超伝導状態が存在してます。私たちは超伝導現象の中でもp波という特殊な対称性を持った超伝導状態を，レーザー光によって極低温にまで冷却された原子気体を用いて研究し，その超伝導現象のミクロな発現メカニズムを解明しようとしています。冷却原子気体のように何にも覆い隠されずにその挙動が直に目で見ることができる系では，超伝導物質を用いた研究では得にくい相補的な情報が引き出せるのではないかと期待して研究を行っています。

宇宙空間など低温環境における化学反応の解明

レーザー冷却という技術は中性原子だけでなく，電荷を持ったイオンも冷却することができます。電荷を持ったイオンと中性原子は化学反応性が高く，それらを極低温の環境下で混合することで，低温環境における化学反応の性質を詳細に調べることができるようになります。これは宇宙空間など低温の世界に存在する分子の起源を知ることにつながると考えられます。私たちはレーザーの技術を巧みに利用することで極低温の原子とイオンを生成し，それらの引き起こす化学反応を研究しています。低温の環境における化学反応は星間分子の生成メカニズムなどとも関連しており，物理，化学の両方の視点から見て重要な研究テーマです。