宇宙量子センシング連携研究部門Space Quantum Sensing Collaborative Research Division
研究概要Research overview
部門長Department head
山本一博・理Kazuhiro Yamamoto, Professor
部門の目的Department Objectives
量子センシング技術の宇宙利用技術の開発とそれによる学術フロンティアの開拓。Development of space-based quantum sensing technology and the resulting expansion of academic frontiers.
3〜5年の主な取り組みMain initiatives for the next 3 to 5 years
浮遊質量制御・宇宙空間におけるレーザー干渉計・共振器による量子計測基盤技術を開拓。オプトメカ系による量子センシング分野の開拓。Pioneered quantum measurement technologies using levitated mass control, laser interferometers in space, and resonators. Pioneered quantum sensing using opto-mechanical systems.
将来想定されるテーマ及び波及効果Anticipated future themes and ripple effects
人工衛星フォーメーションフライト。宇宙重力波実験。重力の量子性検証実験。量子技術を用いた重力精密計測の学術応用と展開。Satellite formation flights. Space gravitational wave experiments. Experiments to verify the quantum nature of gravity. Academic applications and development of precise gravity measurements using quantum technology.
主な研究テーマMain research themes
オプトメカ系による量子センシング分野の開拓、重力の量子性Development of quantum sensing field using optomechanical systems, quantum nature of gravity
山本一博教授Professor Kazuhiro Yamamoto
浮遊質量制御・宇宙空間におけるレーザー干渉計・共振器による量子計測基盤技術と重力波物理Levitation mass control, laser interferometers in space, quantum measurement technology using resonators, and gravitational wave physics
オプトメカ系は、レーザー光と振動子（鏡）を組み合わせることで、振動子の状態を高精度に読み出し、制御できる。フィードバック制御や量子フィルタリングを用いてノイズを低減し、質量の大きな鏡振動子に対しても量子状態を生成・制御する実験が進められている。重力波観測においても、同様の原理が高感度測定のために応用されており、極限的な量子雑音の制御技術としても重要な役割を持つ。Optomechanical systems combine laser light with an oscillator (mirror) to read out and control the oscillator state with high precision. Experiments are underway to reduce noise using feedback control and quantum filtering, and to generate and control quantum states even for large-mass mirror oscillators. A similar principle is also applied to gravitational wave observations for high-sensitivity measurements, and it also plays an important role as a technology for controlling extreme quantum noise.
メンバーMember
山本 一博Kazuhiro Yamamoto
教授professor
所属Affiliation理学研究院Faculty of Science
研究分野Research Field宇宙物理学astrophysics
山本 直嗣Naoji Yamamoto
教授professor
所属Affiliation総合理工学研究院Faculty of Engineering Sciences
研究分野Research Fieldエネルギーシステム学aerospace engineering
菅野 優美Sugumi Kanno
准教授Associate Professor
所属Affiliation理学研究院Faculty of Science
研究分野Research Field宇宙論,重力理論Cosmology,gravity
松村 央Akira Matsumura
助教Assistant professor
所属Affiliation理学研究院Faculty of Science
研究分野Research Field宇宙物理学astrophysics
- 重力の量子性に関する理論的研究Theoretical research on the quantum nature of gravity
- オプトメカ系を用いた巨視的量子現象と重力量子もつれの理論Macroscopic quantum phenomena and gravitational entanglement using optomechanical systems
- オプトメカ系による量子センシングと原始重力波の理論Quantum sensing by optomechanical systems and theory of primordial gravitational waves
- 従来の100倍以上の推力可変範囲を持つイオンエンジンの開発Development of an ion engine with wide thrust variable range
- 電気推進における代替推進剤の開発Development of alternative propellants for electric propulsion
- 宇宙利用の低コスト化を推し進める電気推進の内部物理の解明と性能向上に関する研究Research related to the physics behind the thrust performance
- 機械学習による宇宙機器の異常検知と異常回避行動の実現可能性の検討Feasibility study of Failure Detection, Isolation, and Recovery using machine learning
- 核融合ロケットの原理検証と実現に向けた基礎研究Basic research on laser fusion rocket
- インフレーション理論における量子揺らぎの統計性の研究<Statistical study of quantum fluctuations in inflationary theory
- ストリング理論に基づく量子宇宙論研究<Quantum cosmology research based on string theory
- 宇宙初期の量子揺らぎから生成される原始重力波やアクシオンの量子性の検証<Verification of the quantum nature of primordial gravitational waves and axions generated from quantum fluctuations in the early universe
- 量子デコヒーレンスを用いたグラビトンやアクシオンの検証Testing gravitons and axions using quantum decoherence
- フォトン-グラビトンやフォトン-アクシオンの場の量子論と量子情報理論を用いたグラビトンやアクシオンの検出理論Graviton and axion detection theory using photon-graviton and photon-axion quantum field theory and quantum information theory
- レーザー光と機械振動子の結合系であるオプトメカ系の理論研究と, 振動子の量子挙動の検証に向けた実験提案Theoretical research on optomechanical systems, which are systems that combine laser light and mechanical oscillators, and experimental proposals for verifying the quantum behavior of oscillators
- 地上および宇宙環境で実現可能なオプトメカ系を想定した, 重力定数の推定理論および重力相互作用の検証理論の構築Construction of a theory for estimating the gravitational constant and verifying gravitational interactions, assuming an optomechanical system that can be realized in terrestrial and space environments
- 重力の量子的重ね合わせと重力誘起量子もつれの実験検証に向けたオプトメカ系の理論構築および解析Theoretical construction and analysis of optomechanical systems toward experimental verification of quantum superposition of gravity and gravity-induced quantum entanglement
- 開放量子系理論や確率マスター方程式に基づく, 量子系と古典重力場の相互作用模型の定式化, およびその検証実験提案Formulation of a model of interaction between quantum systems and classical gravitational fields based on open quantum systems theory and stochastic master equations, and proposal of experimental verification
- 相対論的または非相対論的な時空対称性に基づく, 量子系と結合する重力場の模型分類, またその量子情報理論的な特徴づけClassification of gravitational field models coupled to quantum systems based on relativistic and non-relativistic space-time symmetries, and their quantum information theoretical characterization
