1.4×10-15の不確かさ(誤差2,000万年に1秒)で1秒を実現できます。通信においてその媒体を電波から光へ変更して高速大容量が実現したように、周波数標準においてもマイクロ波ではなく光による方式を確立すると性能が劇的に改善します。そのため、前世紀末より光原子時計の開発が精力的に行われてきており、近年ではマイクロ波時計を凌駕する光原子時計方式が複数開発され、秒の定義を書き換えることが議論されています。光原子時計の方式として現在単一イオントラップ方式*2と日本発の光格子時計方式があります。光原子時計の開発と並んで秒の改訂のカギを握るのが、遠隔地にある周波数標準を比較・較正する技術です。おいても実現する必要があります。時空標準研究室ではストロンチウム(Sr)光格子時計を独自開発し、昨年度半ばより動作を開始しました。システムによって東京大学(以下「東大」)に伝送し、東大の光格子時計との遠距離周波数比較を行い、光格子時計の普遍性と光周波数標準の伝送・比較技術の確立を目指しました。光格子時計とは光原子時計は原子遷移につねにレーザー光が共鳴になるようレーザー周波数を調整することによって得られます。前世紀においてはトラップの方法としてイオンを使用して電場でトラップするイオントラップが唯一の方法でしたが、2001年に東大の香取秀俊教授は特定の波長のレーザー光の干渉縞(光格子)に中性原子をトラップすれば、周波数シフトを起こさずに強くトラップでき、高性能な光原子時計を構築できることに気づき、2003年に筆者らと共にドップラーシフトのない非常に先鋭な原子スペクトルを得ることに成功しました。2006年には東大の他、米仏の研究機関で得られた周波数がよい一致を示したために、この光格子方式の原子時計はその信頼度が認められ、現在10近くの国立標準研究所において研究が精力的に進められています。ファイバは温度変化や振動による伸縮や屈折率変化によって光路長が変化し、このため受け手側ではドップラーシフトをした間違った周波数を受信してしまいます。そこで、受信側で受信光の一部を同一ファイバで送信側に送り返し、送信側では伝送路で生じた位相雑音を検出し、それを抑制するよう位相補償を送信側で施すことによって受信側に忠実に光周波数を送信できます。今回小金井-大手町間のNICTが運用する光ネットワークテストベッドJGN2plus(現JGN-X)を利用したNICT-東大間のファイバ長60kmにおいては約400THzの光周波数を積算時間1秒で標準偏差1Hz以下の伝送精度で伝送する能力があることをまず確認しました。日本ではファイバ線が空中に宙づりされたり鉄道の近傍に敷設される等雑音環境が劣悪な場合が多く、今回この精度は天候が穏やかな真夜中という好条件においてのみ得られたものです。欧州では静かな地中に敷設されたファイバによって伝送距離1,000kmのリンクも実証されており、今後世界一の伝送能力を実証するにはファイバの敷設環境を改善することが必要不可欠になります。1に示す構成でNICTと東大の光格子時計の周波数比較を行いました。ストロンチウム光格子時計は波長698nmの光周波数標準信号を生成しますので、NICT(送信)側でまず光周波数コム*3を利用して通信帯への波長変換を行い、その上で東大へ向けて前述の伝送システムを利用して信号を送出します。東大側では受信した光の2倍波をとって再び可視域に戻し、この2倍波に東大側の周波数コムを位相ロックします。2つの時計の相対的な周波数差をリアルタイムに測定することが可能になります。図2に1秒ごとに得られた2つの時計の周波数差を示します。NICTの時計の周波数が3~4Hz東大側より高いことが明瞭に観測され、両地点の光格子時計が同じ周波数を生成していないことが分かります。この周波数差は主にNICT、東大の56mの標高差に起因しており較正することが可能です。NICTに比べて標高が低く重力が大きい東大では一般相対性理論が示唆するように時の流れが遅くなっていますので同一時間で比較すると周波数が小さくなります。従って2地点の標高差からこのシフト量は不確かさ0.1Hz以下で計算できます。最終的にNICTと東大の時計の較正不可能な原因不明の周波数差は430THzのうちわずか0.04±0.31Hz(6,500万年に1秒)となりました。周波数標準はいつでもどこでもだれでも同じ周波数が得られることが必須です。今回の結果によって不確かさ10-16台で遠隔地にある時計との周波数一致が初めて確認され、日本発の光格子時計の普遍性が確認されると同時に、現在のほぼ最高性能の周波数標準を正確に遠距離伝送する技術をも手中にしました。武蔵野台地の上にあるNICT小金井本部は東大本郷キャンパスに比べて標高が56m高い。Astrophysics))で時計動作を開始した後、現在ではNICTの他に仏独の国立標準研究所においても運用されています。秒の再定義を確実なものとするには時計自体のさらなる高性能化と共に、光ファイバ接続が困難な欧米の光格子時計との周波数一致を確認する必要があります。イオントラップ方式の原子時計についても、光格子時計と同等もしくはそれ以上の性能が得られることがNISTによって研究室内相互比較で確認されており、NICTではこの方式についてもNISTとは異なったアプローチでインジウムイオンによる原子時計の開発を進めています。最後に、今回の実験はNICT側、東大側双方の多数の共同研究者や、JGN2Plus関係者の協力の賜であり、ここに皆様のご協力に感謝致します。原子遷移としては小さいマイクロ波のエネルギー差を持つ原子遷移のこと。通常マイクロ波域の原子遷移は核スピン・電子のスピン間のごく弱い相互作用によって生じる2つの状態間を結ぶ遷移になります。単一イオントラップ方式イオンをたった1個電場によってトラップしてそのイオンの吸収線を利用して時計レーザーを安定化する方式。イオンの電場による束縛では上下状態が同じ閉じ込めポテンシャルを感じるため電場の影響によって遷移周波数がシフトすることがありません。一般に複数個をトラップすると近傍のイオンによって生じる不規則な電場のために周波数シフトが起きてしまいます。comb)と呼ばれます。一般にこの櫛スペクトルは位相雑音が少ない、非常に安定に動作するパルスレーザーにおいて得られます。JST-さきがけ研究者を経て、2006年、NICTに入所。大学院修了後よりSr原子のレーザー冷却及びその原子時計への応用、また精密光計測技術や周波数コム技術を利用した真空紫外光発生の研究に従事。