プレスリリース

2016.08.16

超高精度の「光格子時計」で標高差の測定に成功 -火山活動の監視など、時計の常識を超える新たな応用に期待- : 物理工学専攻 香取秀俊 教授ら

JST 戦略的創造研究推進事業および文部科学省 光・量子科学研究拠点形成に向けた基盤技術開発事業において、東京大学 大学院工学系研究科の香取 秀俊 教授(理化学研究所 香取量子計測研究室 主任研究員、光量子工学研究領域 時空間エンジニアリング研究チーム チームリーダー)、国土地理院の研究グループは、直線距離で約15キロメートル離れた東京大学(東京都文京区)と理化学研究所(埼玉県和光市)に光格子時計を設置し、2台の時計の相対論的な時間の遅れを高精度に測定することで、2地点間の標高差を5センチメートルの精度で測定することに成功しました。

光格子時計は、香取教授が考案した高精度な原子時計で、次世代の「秒」の定義の有力候補として世界中で研究されています。「秒」の定義に求められる時計の「再現性」を担保するためには、その時計の「振り子の振動数」を他の研究機関に伝送し、複数の研究機関で「振り子の振動数」の同一性を検証することが重要です。一方、アインシュタインの一般相対性理論によれば、異なる高さに置かれた2台の時計を比較すると、低い方の時計は地球重力の影響を大きく受け、ゆっくりと時を刻みます。この結果、超高精度な時計の遠隔比較では、時計の再現性の確認にとどまらず、従来の時計の概念を超える「相対論的な効果を使った標高差測定(相対論的測地)」という応用を拓きます。

本研究グループは、先行して開発した「低温動作ストロンチウム光格子時計」を東大に1台、理研に2台設置して光ファイバーでつなぎ、遠隔地比較を行いました。同じ高さに置かれた理研の2台の光格子時計の振り子は1×10-18で振動数が一致しました。一方、東大の時計の振り子は理研よりも1,652.9×10-18だけゆっくり振動し、これから2地点の標高差1,516センチメートルが算出されました。この「相対論的測地」の結果は、国土地理院が行った水準測量と5センチメートルの誤差範囲内で一致し、世界で初めて遠隔地時計比較によるセンチメートルレベルの標高差計測に成功しました。

水準測量では、短区間の測定を繰り返して測量するため、長距離では誤差が累積しますが、時計比較の精度は距離が長くなっても累積誤差は生じません。論文では、各地に設置した光格子時計が、将来、新たな高さ基準「量子水準点」を形成し、それらをネットワーク化する「時計のインターネット」の手法を提案しています。これにより、火山活動による地殻の上下変動の監視や、GNSS(全球測位衛星システム)と補完的に利用できる超高精度な標高差計測システムの確立など、安全・安心に向けた社会基盤への実装も期待されます。

本研究は、内閣府 最先端研究開発支援プログラムの一部支援を受けて行われました。本成果は、2016年8月15日(英国時間)発行の英国科学誌「Nature Photonics」オンライン版に掲載されます。

プレスリリース本文: /shared/press/data/setnws_20160816144023208362737924_085033.pdf

Nature Photonics URL: http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2016.159.html


<記事>
国土交通省 国土地理院 http://www.gsi.go.jp/uchusokuchi/uchusokuchi61001.html 
日本経済新聞 http://www.nikkei.com/article/DGXLASDG15HDB_V10C16A8CR8000/ 
日刊工業新聞 https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00396382
YOMIURI ONLINE http://www.yomiuri.co.jp/science/20160816-OYT1T50070.html?from=ytop_ylist 
J-Net21 http://j-net21.smrj.go.jp/snavi/Contents/0000070406 
EE Times Japan http://eetimes.jp/ee/articles/1608/17/news032.html 
ITmediaニュース http://www.itmedia.co.jp/news/articles/1608/16/news089.html
マイナビニュース http://news.mynavi.jp/news/2016/08/16/258/ 
47NEWS http://www.47news.jp/news/2016/08/post_20160816020343.html 
Wissenschaft aktuell http://www.wissenschaft-aktuell.de/artikel/Wie_Atomuhren_vor_Vulkanausbruechen_warnen_koennen1771015590193.html 

<新聞>
8月16日(火)東京新聞 6面
8月16日(火)日本経済新聞 34面
8月16日(火)読売新聞(夕刊)14面
8月17日(火)日刊工業新聞 18面