Updated on 2025/12/20

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KOZUMA MIKIO
 
Organization
Institute of Integrated Research Quantum Navigation Research Center Professor
Title
Professor
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News & Topics

Degree

  • Doctor of Engineering ( Tokyo Institute of Technology )

Research Areas

  • Natural Science / Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics

Education

  • Tokyo Institute of Technology   Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering

    1994.4 - 1997.3

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  • Tokyo Institute of Technology   Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering

    1992.4 - 1994.3

      More details

  • Tokyo Institute of Technology   School of Science

    1989.4 - 1992.3

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    Country: Japan

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Research History

  • Institute of Science Tokyo   Quantum Navigation Research Center   Director

    2024.10

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  • JST K Program   研究代表者

    2024.4

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  • 東京工業大学 科学技術創成研究院   教授

    2021.4

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  • 量子技術イノベーション拠点   量子センサ拠点   拠点長

    2021.2

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  • JST 共創の場形成支援プログラム 政策重点分野   プロジェクトリーダー

    2020.12

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  • JST 未来社会創造事業 大規模プロジェクト型   プログラムマネージャー

    2017.11 - 2024.3

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  • 東京工業大学 理学院 物理学系   教授

    2013.2 - 2021.3

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  • 東京工業大学 大学院理工学研究科 物性物理学専攻   准教授

    2001.10 - 2013.1

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  • 東京大学 大学院総合文化研究科 相関基礎科学系 物理

    1998.5 - 2001.9

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  • 米国国立標準技術研究所(NIST) 客員研究員

    1997.5 - 1998.5

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  • 日本学術振興会 特別研究員 PD

    1997.4 - 1998.5

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  • 日本学術振興会 特別研究員(DC1)

    1994.4 - 1997.3

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Professional Memberships

Papers

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MISC

  • 28pCF-10 Development of hight power ultraviolet laser diode system by using injection locking

    Hosoya Toshiyuki, Martin Miranda, Inoue Ryotaro, Kozuma Mikio

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   69 ( 1 )   195 - 195   2014.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 28pCF-11 Development of a light source for a two-dimensional optical lattice towards the realization of a quantum gas microscope

    Okuyama Yuki, Martin Miranda, Inoue Ryotaro, Kozuma Mikio

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   69 ( 1 )   196 - 196   2014.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 27aEE-12 All optical creation of a two-dimensional Ytterbium condensate under the surface of a solid immersion lens

    Miranda Martin, Nakamoto Akimasa, Okuyama Yuki, Noguchi Atsushi, Ueda Masahito, Kozuma Mikio

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   68 ( 1 )   213 - 213   2013.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 26pSA-3 Resolution assessment of fluorescence microscope with a solid immersion lens

    Okuyama Yuki, Martin Miranda, Nakamoto Akimasa, Ono Hitomi, Ueda Masahito, Kozuma Mikio

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   67 ( 1 )   221 - 221   2012.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 26pSA-2 Spatial compression of ultra-cold Ytterbium atoms using optical accordion

    Miranda Martin, Nakamoto Akimasa, Okuyama Yuki, Ono Hitomi, Noguchi Atsushi, Ueda Masahito, Kozuma Mikio

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   67 ( 1 )   221 - 221   2012.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 26pSA-4 Generation of an optical potential with a spatial phase modulator to implement a quantum atomic gas microscope

    Ono Hitomi, Nakamoto Akimasa, Martin Miranda, Okuyama Yuki, Ueda Masahito, Kozuma Mikio

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   67 ( 1 )   221 - 221   2012.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 26pSA-6 Observation for long precession of laser-cooled Rb atoms in 3D blue-detuned optical lattice

    Honda K., Okuyama Y., Ono H., Nagaoka S, Nakata M., Yamamoto Y., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   67 ( 1 )   222 - 222   2012.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 28aSD-5 Observation of Bichromatic Electromagnetically Induced Transparency for a Squeezed Vacuum

    Arikawa M., Honda K., Akamatsu D., Nagatsuka S., Furusawa A., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   64 ( 1 )   149 - 149   2009.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 25pQD-16 Storage and Retrieval of Conditional Single Photons with Electromagnetically Induced Transparency

    Akiba Keiichirou, Kashiwagi Kousuke, Arikawa Manabu, Kozuma Mikio

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   63 ( 1 )   189 - 189   2008.2

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 26aQD-5 Storage and Retrieval of a Squeezed Vacuum with Electromagneto Induced Transparency II

    Honda K., Arikawa M., Nagatsuka T., Akiba K., Furusawa A., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   63 ( 1 )   196 - 196   2008.2

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 22pRH-6 Observation of Electromagnetically Induced Transparency for a Squeezed Vacuum with the Time Domain Method

    Arikawa Manabu, Honda Kazuhito, Akamatsu Daisuke, Yokoi Yoshihiko, Akiba Keiichirou, Nagatsuka Satoshi, Furusawa Akira, Kozuma Mikio

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   62 ( 2 )   179 - 179   2007.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

    CiNii Books

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  • 22pRH-11 Storage and Retrieval of a Squeezed Vacuum with Electromagneto Induced Transparency

    Honda K., Akamatsu D., Arikawa M., Yokoi Y., Akiba K., Nagatsuka T., Furusawa A., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   62 ( 2 )   181 - 181   2007.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 23pRH-4 Estimation of parametric fluorescence toward Quantum memory

    Kashiwagi K., Akiba K., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   62 ( 2 )   191 - 191   2007.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 21aXK-9 Frequency filtering of parametric fluorescence towards storage and retrieval of single photon state

    Kashiwagi K., Akiba K., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   62 ( 1 )   171 - 171   2007.2

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

    CiNii Books

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  • 21aXK-8 Storage and Retrieval of Squeezed Vacuum with Electromagnetically Induced Transparency

    Akamatsu Daisuke, Yokoi Yoshihiko, Furusawa Akira, Kozuma Mikio

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   62 ( 1 )   170 - 170   2007.2

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

    CiNii Books

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  • 21aXK-7 Generation of a high-level squeezed light resonant on Rubidium atoms

    Yokoi Y., Akamatsu D., Furusawa A., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   62 ( 1 )   170 - 170   2007.2

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

    CiNii Books

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  • 30aSA-5 Generation of Squeezed state on Rb D_1 Line by using PPKTP Cavity

    Tanimura T., Akamatsu D., Yokoi Y., Furusawa A., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   61 ( 1 )   178 - 178   2006.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

    CiNii Books

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  • 30aSA-4 Observation of EIT window with degenerate squeezed vacuum II

    Akamatsu D., Yokoi Y., Tanimura T., Akiba K., Furusawa A., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   61 ( 1 )   177 - 177   2006.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

    CiNii Books

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  • 20aWA-7 Observation of EIT window with degenerate squeezed vacuum

    Akamatsu D., Yokoi Y., Tanimura T., Akiba K., Furusawa A., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   60 ( 2 )   60 - 60   2005.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

    CiNii Books

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  • 20aWA-6 Assessment of EIT using hyperfine structure of rubidium atom

    Yokoi Y., Akamatsu D., Tanimura T., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   60 ( 2 )   59 - 59   2005.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 20aWA-9 "Frequency filtering of parametric fluorescence narrower than atomic natural linewidth"

    Akiba Keiichirou, Kozuma Mikio

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   60 ( 2 )   60 - 60   2005.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 20aWA-8 "Generation of Squeezed state on Rb D1 Line by using PPKTP Cavity. And improvement on Storage of Light."

    Tanimura T., Akamatsu D., Yokoi Y., Furusawa A., Kozuma K.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   60 ( 2 )   60 - 60   2005.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 21pWA-15 Proposal of quantum teleportation with the symmetric collective mode and the spin degree of freedom

    Inoue R., Kanai N., Akiba K., Koashi M., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   60 ( 2 )   78 - 78   2005.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 14pTF-2 Broadband Squeezing of hght by using bow-tic cavity with LBO crystal and PPLN wavcguides

    Tanimura T, Akamatsu D, Kozuma M

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   59 ( 2 )   125 - 125   2004.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 14pTF-9 Slow propagation of conditional single photon with atomic emsembles

    Akiba K, Akamatsu D, Kozuma M

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   59 ( 2 )   126 - 126   2004.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

    CiNii Books

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  • 14pTF-3 Ultraslow Propagation of Squeezed Vacuum by Electromagnetically Induced Transparency II

    Akamatsu D, Tanimura T, Akiba K, Kozuma M

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   59 ( 2 )   125 - 125   2004.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 29pXG-17

    Akiba K., Akamatsu D., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   59 ( 1 )   188 - 188   2004.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • 29pXG-16 電磁誘起透明化を用いた真空スクイーズド状態の超低速度伝搬の実現(量子エレクトロニクス(量子光学))(領域1)

    赤松 大輔, 谷村 崇仁, 秋葉 圭一郎, 上妻 幹旺

    日本物理学会講演概要集   59 ( 1 )   188 - 188   2004.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:一般社団法人日本物理学会  

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  • 21pTF-10 導波路型 PPLN 素子を用いたスクイーズド光の発生

    秋葉 圭一郎, 赤松 大輔, 上妻 幹旺

    日本物理学会講演概要集   58 ( 2 )   126 - 126   2003.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:一般社団法人日本物理学会  

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  • 23aTF-6 共振器中の極低温原子集団を用いた高透過率超低速度光伝搬

    金井 紀文, 西周 慶久, 赤松 大輔, 上妻 幹旺

    日本物理学会講演概要集   58 ( 2 )   146 - 146   2003.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:一般社団法人日本物理学会  

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  • Photon statistics for stored light pulses

    Akamatsu D., Kozuma M.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   58 ( 1 )   168 - 168   2003.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • Manipulating orbital angular momentum with storage of light and phase imprinting techniques

    Akamatsu D, Kozuma M

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   57 ( 2 )   118 - 118   2002.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • Quanum statistics of light propagating in cold atomic gas with slow groupe velocity

    Akamatsu D, Kozuma M

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   57 ( 2 )   118 - 118   2002.8

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • Realization of superluminal light propagation with several cold atoms

    Shimizu Y., Yamamoto N., Shiokawa N., Kozuma M., Kuga T., Hagley E.W., Deng L.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   56 ( 1 )   126 - 126   2001.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • Detection of single neutral atoms with high Q optical micro cavity

    Shiokawa N., Shimizu Y., Yamamoto N., Noguchi T., Kozuma m., Kuga T.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   55 ( 1 )   119 - 119   2000.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • Measurement of intensity correlation of twin-photon in fiber optics and its application

    Sanaka K., Kozuma M., Kuga T.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   55 ( 1 )   93 - 93   2000.3

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • Two-photon correlation with a wave-guide type nonlinear element I

    SANAKA K., KOZUMA M., KUGA T.

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   53 ( 2 )   341 - 341   1998.9

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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  • Novel cooling method below a photon recoil with resonant Bragg scattering

    SUGIURA Toshiaki, SHIOKAWA Noritsugu, KOZUMA Mikio, KUGA Takahiro

    Meeting abstracts of the Physical Society of Japan   53 ( 2 )   332 - 332   1998.9

     More details

    Language:Japanese   Publisher:The Physical Society of Japan (JPS)  

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Presentations

  • 冷却原子の量子慣性センサへの展開 Invited

    上妻 幹旺

    量子フォーラムシンポジウム 「冷却原子が拓く量子技術の最前線」  2024.11 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • Towards next-generation inertial navigation using atom interferometer gyroscope Invited International conference

    Tomoya Sato, Mikio Kozuma

    The 14th Japan-US Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy  2024.9 

     More details

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • 超精密自己位置推定 Invited

    上妻 幹旺

    Science Tokyo 設立記念総合研究院キックオフシンポジウム ー知の融合が生む新たな可能性ー  2024.4 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • Einstein-de Haas effect in europium Bose-Einstein condensate Invited International conference

    Hiroki Matsui, Yuki Miyazawa, Mikio Kozuma

    Ultracold Atoms Japan 2024  2024.4 

     More details

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • Bose-Einstein Condensate of europium Invited International conference

    Yuki Miyazawa, Hiroki Matsui, Mikio Kozuma

    Ultracold Atoms Japan 2024  2024.4 

     More details

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • Thermal atomic beam gyroscope using phase modulation scheme International conference

    Naoki Kaku, Mikio Kozuma

    The 28th International Conference on Atomic Physics(ICAP2024)  2024.7 

     More details

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • Observation of the Einstein-de Haas effect in europium Bose-Einstein condensate International conference

    Hiroki Matsui, Mikio Kozuma

    The 28th International Conference on Atomic Physics(ICAP2024)  2024.7 

     More details

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • Closed-loop atom interferometer gyroscope with velocity-dependent phase dispersion compensation International conference

    Tomoya Sato, Mikio Kozuma

    The 28th International Conference on Atomic Physics (ICAP2024)  2024.7 

     More details

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • 量子航法研究センターの活動について Invited

    上妻 幹旺

    一般社団法人 量子フォーラム主催 量子計測・センシング分野の動向俯瞰シンポジウム  2024.6 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • Bragg interferometer using cold ytterbium atomic beam with sub-recoil momentum width International conference

    Toshiyuki Hosoya, Mikio Kozuma

    The 28th International Conference on Atomic Physics(ICAP2024)  2024.7 

     More details

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • Eu の BEC を用いた Einstein-de Haas 効果の観測

    松井宏樹, 後藤稜斗, 中野ちひろ, 宮澤裕貴, 上妻幹旺

    2024.9 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • Eu の BEC を用いた spinor dipolar BEC における基底状態量子相の探索

    後藤稜斗, 松井宏樹, 宮澤裕貴, 上妻幹旺

    日本物理学会第79回年次大会  2024.7 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • 横方向運動量幅を光反跳以下に抑圧した冷却Yb原子ビームを用いた Bragg 干渉計

    細谷俊之, 佐藤智哉, 井上遼太郎, 吉良敦史, 上妻幹旺

    日本物理学会第79回年次大会  2024.9 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • 原子干渉計型ジャイロスコープにおける位相変調方式の実証

    小田部荘達, 賀来直紀, 佐藤智哉, 川﨑拓也, 西村尚輝, 細谷俊之, 上妻幹旺

    日本物理学会第79回年次大会  2024.9 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • クローズドループ型原子干渉ジャイロスコープ

    佐藤智哉, 西村尚輝, 賀来直紀, 小田部荘達, 川﨑拓也, 細谷俊之, 上妻幹旺

    日本物理学会第79回年次大会  2024.9 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • Ba を用いた磁場耐性の高い原子干渉計の開発

    田中耕大, 細谷俊之, 佐藤智哉, 中野ちひろ, 吉良敦史, 上妻幹旺

    日本物理学会第79回年次大会  2024.9 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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Research Projects

  • 非GNSS高精度航法装置の研究開発

    2024.4 - 2034.3

    科学技術振興機構  経済安全保障重要技術育成プログラム 

    上妻 幹旺

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    慣性航法の要素技術となるジャイロスコープ、加速度計、重力勾配計について、自らの先行研究成果を生かした開発を進めます。慣性航法では加速度、角速度といった「ベクトル」の超精密測定が求められますが、この課題に対しHardware In the Loop Simulation(HILS)に代表されるModel Based Systems Engineering(MBSE)を駆使した研究を進めます。

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    J-GLOBAL

  • 量子航法科学技術拠点

    2020.12 - 2030.3

    科学技術振興機構  共創の場形成支援プログラム(COI-NEXT) 政策重点分野 

    上妻 幹旺

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    GPSに代表される衛星航法の登場により、船舶、民航機、そして地上のあらゆる交通システムの安定な運航が実現された。その一方で地中、水中といった電波の届かない領域での航法精度は、その要求に反し地表面上のそれに遠く及ばない。また地上であってもGPS妨害や欺瞞など国民の安全・安心に直結する問題が生じている。本拠点は、航法を支える各種センサーや時計について、古典から量子に至るあらゆる最先端技術を開発・融合し、海中や外宇宙にまで人類の活動空間を拡げる革新的航法技術の開拓を狙う。さらにそのような最先端航法科学技術を駆使し地球内部を診断することで、防災・減災へ役立てるなど、航法科学の新たな応用先を開拓する。

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    J-GLOBAL

  • 冷却原子・イオンを用いた高性能ジャイロスコープの開発

    2017.11 - 2024.3

    科学技術振興機構  戦略的な研究開発の推進 未来社会創造事業 大規模プロジェクト型 

    上妻 幹旺

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    ジャイロスコープの性能は、定角速度下における出力のアラン偏差で評価できる。最高性能を有する 光干渉型リングレーザージャイロに比べ、アラン偏差を2桁程度低減することができれば、「自動運転 車の多重安全性確保」、「海洋資源探索の効率化」、「自動運転船舶を用いた物流における安全 性確保」などが期待できる。本研究では、光波のかわりに、原子やイオンが有するド・ブロイ波を用い て干渉計を構築することでアラン偏差を飛躍的に低減するとともに、原子波ジャイロスコープを用いた 高性能自己位置推定機器の実証機を試作する。原子波ジャイロスコープを実験室環境下で原理 実証することはもとより、これを振動や加速を伴う実使用環境下でも機能するセンサーとして実装し、 さらに小型化技術を醸成することで、様々なビークルへの搭載を可能にする。ジャイロスコープの性能 が桁で向上すると、重力異常や鉛直線偏差といった重力の変動が自己位置推定に与える影響が 無視できなくなる。この影響は、重力勾配計によって原理的に補正が可能であり、本研究ではジャイ ロスコープ性能向上後の将来も見据え、重力勾配計に関する基礎研究も併走させる。

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    J-GLOBAL

  • Entropy control in optical lattice system using a quantum gas microscope

    Grant number:17H02934  2017.4 - 2020.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    Kozuma Mikio

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    Grant amount:\19370000 ( Direct Cost: \14900000 、 Indirect Cost:\4470000 )

    We successfully observed the Mott insulator phase for both bosonic and fermionic Yb atoms in an optical lattice. Such an observation was accomplished by suppressing the intensity and frequency noise of the lattice laser light. To lower the entropy per atom sufficiently compared to 0.35 kB, we plan to apply Filter cooling. As a preliminary experiment, we successfully diminished harmonic potential superposed on the lattice potential by using a digital mirror device.

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  • Laser Cooling of Europium Atoms

    Grant number:16K13856  2016.4 - 2018.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    Kozuma Mikio, INOUE Ryotaro

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    Grant amount:\3640000 ( Direct Cost: \2800000 、 Indirect Cost:\840000 )

    Atomic species such as Cr, Er, Dy have large magnetic moments which give rise to anisotropic, long-range dipole-dipole interaction as well as isotropic, short-range s-wave scattering. Magnetic, dipole-dipole interactions couple the atomic spin with its angular momentum, which enables one to observe rich phenomena such as the emergence of ground states with spin textures and superfluid vortexes. Such unique effects cannot be observed when a Feshbach resonance is employed to suppress the s-wave scattering length, as the spin orientation is fixed to the magnetic field direction. Eu has bosonic isotopes with hyperfine structure in the ground state. By irradiating atoms with a microwave tuned to the hyperfine-splitting, the scattering length can be controlled without the use of a magnetic field. By using the metastable state to decelerate and cool the atoms, we succeeded in creating magneto-optical trapping of Eu atoms.

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  • 冷却フェルミ原子気体に対する量子気体顕微鏡を利用したd波超伝導状態の実現

    Grant number:16F16029  2016.4 - 2018.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    上妻 幹旺, MIRANDA MARTIN

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    Grant amount:\2300000 ( Direct Cost: \2300000 )

    本研究は、2次元正方光格子中に捕捉された冷却フェルミ原子気体を対象として、d波超伝導状態を実現することを目的としていた。d波超伝導状態を実現するためには、超交換相互作用で特徴付けられるNeel温度に比べ、原子気体の温度を桁で下げる必要がある。具体的にはnKあるいはpKといった極低温が要求される。
    光格子中で発現する量子相の中には、エントロピーが空間的な分布をもつMott絶縁体相と呼ばれるものがある。高いエントロピーをもつ原子を選択的に排除した後、系を熱平衡化すれば、上記したような極限的な冷却が原理的には可能となる。本研究では、光格子中の原子をサイト分解して観測できる「量子気体顕微鏡」を使って、Mott絶縁体相を観測するとともに、高いエントロピーを有する原子を選択的に排除することを計画した。
    研究を開始した当初、我々は光格子中に捕捉されたイッテルビウム(Yb)原子を、サイト分解して観測することには成功していたが、強相関物性現象を誘起し、これを顕微観測するには至っていなかった。2年間の研究期間を通し、我々は174Yb(ボソン)を対象としてMott絶縁体相を誘起し、その特徴的な空間構造であるMott shellを量子気体顕微鏡を用いて捉えることに世界で初めて成功した。さらに173Yb(フェルミオン)をT/TF~0.15程度のフェルミ縮退領域にまで冷却し(Tは系の温度、TFはフェルミ温度)、これを光格子中に導入することで、同じくMott絶縁体相を誘起し、Mott shellを観測することに成功した。上記した成果は目的とするd波超伝導相を発現・観測する上で重要なマイルストーンとなるものである。

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  • 光格子原子顕微鏡で探索する人工ゲージ場が織り成す非平衡現象

    Grant number:26103509  2014.4 - 2016.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    上妻 幹旺

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    Grant amount:\7020000 ( Direct Cost: \5400000 、 Indirect Cost:\1620000 )

    本研究の目的は、光格子中に捕捉された個々のイッテルビウム(Yb)原子を観測できる「量子気体顕微鏡」を構築し、これを利用して新奇な非平衡現象を探索することにある。昨年度、我々は、世界で初めてYb原子に対する量子気体顕微鏡を実現することに成功した。そこで平成27年度は、光格子中で発現する各種基底状態量子相を量子気体顕微鏡を用いて直接観測することを目指して実験を行った。まず我々は、伝統的な飛行時間法を使って、光格子中で超流動-Mott絶縁体転移が誘起される様子を確認した。具体的には、光格子の深さを増すにつれ、原子波干渉が消失していく様子を観測することに成功した。次に、生成されたMott絶縁体相を、量子気体顕微鏡を用いて直接観測することを試みた。基底状態量子相を観測するためには、各サイトにおける原子の有無だけでなく、原子数そのものを判定する必要性がある。実際には各サイトの原子数は多くても2個程度であるため、原子数の偶奇を見分けることができれば目的を十分達成することができる。我々は、光格子中の原子に対し、光会合を誘起するレーザーを照射することで、この目的を達成することにした。Mott絶縁相にある原子気体に対して光会合光を照射した後、量子気体顕微鏡を使って原子気体の直接観測を行ったが、Mott絶縁体相特有のMott shell構造を確認するには至らなかった。Mott shellを観測するためには、光格子系の温度が1nK程度にまで下がっている必要性がある。光格子系の加熱レートを別途実験的に評価したところ、およそ30nK/secであることが判明し、上記した超低温度下における観測を実行することが難しいことが判明した。今後、系の加熱を誘起している各種ノイズを抑圧することで、基底状態量子相の直接観測が可能となり、クエンチに代表される非平衡現象を対象とした実験が可能になるものと考えている。

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  • 単一原子分解能をもつ位相差顕微鏡で探る冷却原子マクロ量子系のダイナミクス

    Grant number:23340118  2011

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    上妻 幹旺

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    Grant amount:\10400000 ( Direct Cost: \8000000 、 Indirect Cost:\2400000 )

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  • 磁気ダイポール相互作用をするルビジウムボース凝縮体が発現する新奇な物性の探索

    Grant number:22654049  2010 - 2011

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    上妻 幹旺

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    Grant amount:\3040000 ( Direct Cost: \2800000 、 Indirect Cost:\240000 )

    本研究の目的は、超弱磁場環境下(~10uG)でRbのボース凝縮体を生成する全く新しい実験系を構築することにある。RbのF=1基底状態は強磁性をもっているため、ゼーマンシフトを抑圧すると、長距離、非等方的な磁気ダイポール相互作用を有するようになる。これにより、スピンと軌道とが結合し、質量流とスピンテクスチャーを伴う新しいダイナミクス、量子相が顕現する。今年度、我々は、第一真空槽内でRbの磁気光学トラップを生成し、ここにプッシュ光を照射することで、十分環境磁場が抑圧された第二真空槽へと原子運び、そこで再度磁気光学トラップを行うことに成功した。この原子集団を光トラップし、蒸発冷却を行うことでボース凝縮体を生成する。光トラップを構成するための1.06umレーザーをすでに開発していたが、今年度、実際に共振器に光を導入したところ、問題点が発見された。我々は、十分深い光トラップポテンシャルを得るために、ガラスセルをボウタイ型の共振器で囲み、共振器内の光パワーを増大させることを計画している。そのためには、レーザーの周波数がモードホップを起こさず、十分安定であることが必須となる。しかし我々が昨年作成したレーザーは、10Wの出力がでるものの、モードホップが頻繁に発生し、光共振器を長時間安定化することが出来なかった。東京大学井上研究室の先行研究により、このレーザーのモードホップの主要因が、共振器長の熱膨張によるものであることがわかっていたので、これを抑圧する機構を導入したところ、ほぼモードホップフリーのレーザーを作成することが出来た。今後、このレーザーを既に構築されている光共振器に導入し蒸発冷却を施すことで、超弱磁場環境下で10^6個程度のボース凝縮体を生成することを目指していく。

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  • 縮退イッテルビウム原子集団を用いたクラスター量子計算の実現

    Grant number:22102503  2010 - 2011

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    上妻 幹旺

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    Grant amount:\11700000 ( Direct Cost: \9000000 、 Indirect Cost:\2700000 )

    本研究は、Yb原子がもつ核スピンを利用したクラスター量子計算を実現することを目的としている。具体的には、ソリッドイマージョンレンズの近傍に2次元光ポテンシャルを形成し、量子ビットとなる冷却されたYb原子を規則正しく配列する。我々は、ソリッドイマージョンレンズを真空ガラスセル内に固定した形で、10^<-11>Torr台の超高真空状態を実現することに成功した。次に我々は、Ybの磁気光学トラップを行い、冷却された原子集団を532nmのレーザーを用いてトラップした。レーザーのウェストポイントを空気式移動台を用いて移動させることにより、磁気光学トラップを作成する真空チャンバーから、先程説明したガラスセルチャンバーへと原子を移動させた。移動距離は400mmである。ガラスセル中に固定されたソリッドイマージョンレンズの直下まで運ばれたYb原子集団の光トラップ寿命を測定したところ、84秒を得ることが出来た。この値は、^<174>Ybによるボース凝縮、および^<171>Ybのフェルミ縮退を蒸発冷却を用いて実現する上で十分な真空度といえる。また単一のYb原子を用いた実験を別途行い、微小共振器と1.5um帯のレーザーを用いたシュタルクシフトを利用することで、核スピン情報を実時間で読み取る新しい技術を確立することにも成功した。

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  • Creation of the quantum cat state by using the collisional interaction of Bose-Einstein condensate and estimation of the quantum state

    Grant number:20340103  2008 - 2010

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    KOZUMA Mikio, HONDA Kazuhito

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    Grant amount:\19240000 ( Direct Cost: \14800000 、 Indirect Cost:\4440000 )

    The purpose of the research is to create the quantum cat state with Bose-Einstein condensate of neutral atomic gas. We constructed the ultra high vacuum system to operate the double magneto-optical trapping and also made the clover-leaf type of the magnetic trap. While the Bose-Einstein condensate of ^<87>Rb atoms was successfully created, it was hard to suppress the residual magnetic field less than 10μG because of the magnetization of the shield box caused by the magnetic trap. We thus started constructing a new setup which creates Bose-Einstein condensate by using only optical trapping technique. We succeeded in constructing a YVO_4 laser with its wavelength of 1.06μm and its power of 10W. Introducing the output power of the YVO_4 laser into the Bow-tie cavity which includes the vacuum glass cell, we succeeded in creating the optical trap whose potential depth is enough deep to catch the laser cooled Rb atoms. It is noted that the system is already surrounded by the magnetic shield and we can keep ultra low residual magnetic field under the operation of the double magneto-optical trapping. The residual magnetic field is less than 10μG and the magnetic gradient is suppressed to 2uG/cm. We are planning to implement our initial purpose by using these experimental setups soon

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  • Controlling the higher dimensional entanglement between light and cold atoms

    Grant number:18340118  2006 - 2007

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    KOZUMA Mikio

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    Grant amount:\16580000 ( Direct Cost: \14600000 、 Indirect Cost:\1980000 )

    Higher-dimensional bipartite entangled states enable us to achieve more efficient quantum information processing, for example by enhancing optical data traffic in quantum communications compared to usually employed two-dimensional entanglement between qubits. Such higher-dimensional entangled states can be created by using Laguerre-Gaussian (LG) modes, since photons in LG modes carry orbital angular momenta (OAM) which can be utilized to define an infinite-dimensional Hilbert space. Inspired by the pioneering experiment using parametric down-conversion (PDC), various protocols have been demonstrated using the OAM states of photons. However, PDC is a spontaneous process and the generation time of the entangled photons is completely random. Producing higher-dimensional entanglement between two remote long-lived massive atoms is therefore an important step toward the realization of intricate tasks of quantum information. Here, as the first step, we demonstrated higher dimensional entanglement of OAM states between a collective atomic excitation and a photon. Schmidt number for the atom-photon system was estimated to be 3 through the quantum tomography, which means the system was entangled in 3 X 3 dimensional Hilbert space.

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  • スーパー磁気光学トラップの生成とそれを利用した量子情報処理に関する研究

    Grant number:15684008  2003 - 2005

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(A)

    上妻 幹旺

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    Grant amount:\27560000 ( Direct Cost: \21200000 、 Indirect Cost:\6360000 )

    Rbの冷却原子集団と単一光子との間に軌道角運動量に関するエンタングルメントを生成することに成功した。ハイパーファインポンピングされた原子集団にC数とみなせるような光を照射するとAnti-stokes Raman過程がおこる。この際、ある特定の空間モードに射出された単一の光子を検出すると、原子のディッケ状態を1つ励起することができる。原子系のデコヒーレンス時間内であれば、Stokes Raman過程を誘起するような光を照射することで、好きな時刻に単一光子を取り出すことが可能となる。このようにして発生した単一光子が、実は原子集団との間に軌道角運動量のエンタングルメントをもつことを我々は確かめた。Dislocationをもつホログラムとシングルモードファイバーとの組み合わせを利用して、軌道角運動量に関する量子トモグラフィーを行い、再構成された密度行列要素から、エンタングルメントの指標である
    Entanglement of formation(EOF)を評価した。その結果、0.6という値を得た(EOF>0の場合、エンタングルメントが存在する)。今回の実験は、軌道角運動量状態を2次元に限定して行ったが、系が本質的に多次元の性質をもっていると推定することはごく自然である。量子情報が原子集団の空間的な位相分布にマッピングされるため、非共鳴のレーザーを絞って原子集団に照射することで、エンタングルメントコンセントレーションを行うことも可能となるだろう。さらに、対応する原子集団を凝縮体にかえることで、イラスト状態の励起など物性面に関する研究を行うことも可能となる。

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  • Realization of coherent matter wave fiber with time orbiting optical potential

    Grant number:13640396  2001 - 2002

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    KOZUMA Mikio, KUGA Takahiro

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    Grant amount:\3500000 ( Direct Cost: \3500000 )

    While photons do not interact with each other and are difficult to localize, they are the fastest and the most robust carriers of quantum information. In contrast, atoms can interact with each other and can even be stopped by conventional laser cooling techniques, but they cannot be the fast carrier of the information. We can cancel the disadvantages of both systems and utilize only advantages if quantum information of lights can be coherently transferred to the atoms. The results of the research are as follows.
    (1) Theoretical proposal of ultra slow light propagation without EIT,
    (2) Experimental realization of ultra slow light propagation without EIT,
    (3) Coherent transfer of orbital angular momentum from an atomic system to light field,
    (4) Theoretical proposal of giant non-linear effect induced by ultra slow light propagation,
    (5) Manipulating orbital angular momentum of light with storage of light and quantum phase imprinting methods,
    (6) Observation of photon statistics for ultraslow and stored light pulses.

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  • Physics of Laser Cooling and Atomic Gas BEC

    Grant number:11216201  1999 - 2002

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

    KUGA Takahiro, KOZUMA Mikio, HIRANO Takuya, SASADA Hiroyuki, YOSHIKAWA Yutaka, TORII Yoshio

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    Grant amount:\140300000 ( Direct Cost: \140300000 )

    The main achievement of the A3 project was the physics related to the rubidium atoms BEC. The A3 was operated by three groups. Kuga et al worked on (1) the first realization of BEC in Japan, (2) physics related to the BEC, (3) the development of an improved BEC apparatus, and (4) the cavity quantum electrodynamics that combines a laser cooled atom and a microcavity. (1) The BEC was achieved, first, by collecting pre-cooled Rb atoms under a high vacuum, transferring atoms into a magnetic trap, adiabatically compress the atomic cloud, and then, by evaporative cooling. (2) Three experiments were done. (I) the diffraction of BEC atoms in a standing wave of light that demonstrated Raman-Nath, Bragg, and Stern-Gerlach type diffractions. (ii) Demonstration of a Mach Zhender type atom interferometer. (iii) The amplification of a coherent atomic wave by using atom-photon four wave mixing. (3) To increase the luminosity of the BEC, they developed a Zeeman slower that can supply 10^11 atoms per seconds continuously at the speed of 20m/s. (4) Approximately 10 laser cooled Rb atoms were introduced into a micro-cavity of 70microm meter spacing. They observed both subliminal and superliminal propagations of a laser pulse through the cavity. Hirano et al worked on the physics of the Rb BEC. (1) Dynamics of BEC when an uniform off-resonant laser beam is illuminated. (2) The oscillation of BEC cloud in a single beam optical dipole trap. Sasada et al developed a new type of cold metastable He atomic beam source that was obtained through the discharge of cryogenically cooled helium gas. They worked also on the Laguerre-Gauss laser beam that is to be used for a dark optical trap and guide.

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  • Quantum Optics with Cold Atoms (Inhibition of Spontaneous Emission, Quantum Zeno Effect, and Bose-Einstein Condensation)

    Grant number:09440150  1997 - 1999

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    KUGA Takahiro, KOZUMA Mikiko, HIRANO Takuya

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    Grant amount:\12400000 ( Direct Cost: \12400000 )

    We achieved the Bose-Einstein condensation (BEC) of rubidium atomic gas in 1998, which is the first success in Japan and 16th in the world. After the first success of BEC, we concentrated our interests to coherent properties of matter waves. We constructed a Mach-Zehnder interferometer for matter waves by utilizing Bragg diffraction and successfully observed the interference fringes with 100% contrast. This result clarified and confirmed the perfect first order coherence of the condensed atoms. We also performed a coherent matter wave amplification with condensed atoms. A small fraction (about 6%) of BEC atoms was diffracted by a Bragg pulse and non-resonant laser on the BEC could amplify the matter wave by a factor of 10. We verified that the phase of matter wave was conserved through this amplification process using our Mach-Zehnder interferometer for mater waves.
    The strong atom-photon coupling generated inside high-finesse optical micro cavity lets us detect a single atom trajectory in real time. Such a strong coupling is a candidate for trapping a single atom with a single photon, which is very suitable to realize quantum gate, single photon generator, and so on. Several preliminary experimental results have already been reported. However, they are limited to the use of longitudinal cavity mode. We proposed and constructed a novel type of single-atom trapping using a high-order transverse mode of the cavity. We observed the signal from single atoms with a fairly good signal to noise ratio. Now we are trying to trap single atoms with single photons in TEMィイD201ィエD2 mode of the micro cavity.

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Academic Activities

  • JST さきがけプロジェクト 量子フロンティア アドバイザー

    Role(s): Review, evaluation

    井元 信之  2023.10 - 2029.3

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    Type:Scientific advice/Review 

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  • JST CRESTプロジェクト 量子フロンティア アドバイザー

    Role(s): Review, evaluation

    井元 信之  2023.10 - 2029.3

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    Type:Scientific advice/Review 

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  • JST ムーンショットプログラム 目標6 副構想ディレクター

    Role(s): Planning, management, etc., Review, evaluation

    北川 勝浩  2020.10 - 2030.11

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    Type:Scientific advice/Review 

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  • Q-LEAP 光量子飛躍フラッグシッププログラム アドバイザー

    Role(s): Review, evaluation

    伊藤 公平  2018.10 - 2030.3

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    Type:Scientific advice/Review 

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