NICT Workshop on
the Optical Frequency Standard
Laser Phase and Frequency Stabilization Using
Atomic Coherence
日時：平成24年3月28日
場所：京都大学桂キャンパス
日時：平成22年12月16日（木）〜18日（土）
場所：上智大学軽井沢セミナーハウス
研究会「Fundamental
Physics using Atoms」＠大阪
日時：平成22年8月9日
場所：大阪大学
豊中キャンパス シグマホール（基礎工学部国際棟）
研究会「Fundamental
Physics using Atoms」＠東京
日時：平成21年8月4日
場所：東京工業大学大岡山キャンパス 100年記念館3F フェライト会議室
平成20年度 第２回基礎科学科談話会
日時：平成20年7月8日
場所：駒場キャンパス16号館827
レーザーは古典的電磁波に対応する位相の揃った光（コヒーレント光）を発生する極めて有用なデバイスであるが、レーザー光のパルスに含まれる光子数は、不確定性原理により必然的に揺らぎを持っている。それに対し、単一光子発生器とは、常に単一の光子を含む（その意味で極めて量子的な）光パルスを一定の周期、または任意のタイミングで発生させる装置であり、21世紀の科学と言われる量子情報通信のキーデバイスとして期待されている。現在、世界中で精力的に研究開発が進んでいるが、未だ実用的な単一光子発生器は実現していない。
今回の談話会では、この単一光子発生器実現に向けた2つの異なるアプローチについて紹介する。おそらく本命である半導体量子ドットを用いたアプローチについて加古が、そして伏兵として単一原子もしくは原子集団を用いたアプローチについて鳥井が、それぞれ現状と展望を報告する。
Asian CORE Symposium on Advanced Laser Spectroscopy
Yoshio
Torii (ytorii@phys.c.u-tokyo.ac.jp)
Institute of Physics, The
153-8902,
In
1954, even before the laser was invented, Dicke
suggested in his pioneering paper [1] that an ensemble of excited
atoms/molecules shows collectively enhanced spontaneous emission, which is now
called superradiance. Dicke
superradiance has a close connection with the physics
of laser, and was extensively studied in 1970’s. In 1995, Bose-Einstein condensation
(BEC) in a gas of atoms was realized, and coherent matter waves, or atom
lasers, have become available. It turned out that the concept of Dicke superradiance, when applied
to the interaction between coherent matter and coherent light, yields new and
interesting phenomena. One example is matter wave amplification, in which a
seeded matter wave in a BEC illuminated by an off-resonant light is amplified
through superradiant Rayleigh
scattering [2, 3]. Another example is the conversion of an atomic spin
excitation to a single photon in a well-defined field mode through superradiant Raman scattering [4, 5], which would be an
essential tool for the construction of quantum network [6].
[1]
R. H. Dicke, Phys. Rev. 93, 99 (1954).
[2]
M. Kozuma, Y. Suzuki, Y. Torii, T. Sugiura, T. Kuga, E. W. Haglay,
and L. Deng, Science 286, 2309 (1999).
[3]
D. Schneble, Y. Torii, M. Boyd, E. W. Streed, D. E. Pritchard, and W. Ketterle,
Science 300, 475 (2003).
[4]
Y. Yoshikawa, T. Sugiura, Y. Torii, and T. Kuga,
Phys. Rev. A 69, 041603 (2004).
[5]
Y. Yoshikawa, K. Nakayama, Y. Torii, and T. Kuga, Phys. Rev. Lett. 99, 220407
(2007).
[6].
L.-M.Duan et. al. Nature (
JST/CREST 第２回量子情報ワークショップ
日時：平成18年12月11日〜平成18年12月15日
場所：リゾーピア箱根
Storage of a single photon in a Bose-Einstein
condensate
The 10th US-Japan Joint Seminar
Fundamental Issues and Applications of Ultracold Atoms
and Molecules
Superradiant
light scattering from condensed and noncondensed atoms
分子科学研究会「分子科学のフロンティア領域へ」
場所：自然科学研究機構岡崎コンファレンスセンター
日時：2006年6月2日（金）〜3日（土）
1980年代に飛躍的に発展したレーザー冷却技術の一つの集大成として、1995年に原子気体のボース・アインシュタイン凝縮（BEC）が実現した。気体原子BECは、巨視的なサイズ（10μm〜100μm）を持つコヒーレントな原子波であり、しばしば「原子レーザー」とも呼ばれる。本講演では、レーザー冷却の原理や気体原子BECの生成法といった基本的な話から始め、コヒーレント原子波の織り成す不思議な世界を、超放射光散乱、物質波増幅といった実験を例に挙げながら紹介する。また、フェッシュバッハ共鳴を用いた分子のBECの生成、光格子中のBECのモット転移といった最近のトピックスについても紹介する。
日本物理学会 第61回年次大会
領域１シンポジウム「超精密計測が拓く原子・分子・光（AMO）科学の最前線」
日時：平成18年3月27日〜3月30日
場所：松山大学
Workshop on chemistry of cold molecules
Light
scattering and atom amplification in a Bose-Einstein condensate
Yoshio Torii
Abstract:
Since
the first realization of Bose-Einstein condensation (BEC) in atomic gases in
1995, coherent matter waves, or atom laser, have been available to physicists,
and the new field of coherent atom optics has been developed. To explore
this new field, the atom-wave versions of basic optical elements, such as
mirrors and beam splitters, are needed. I will first show how to realize those
atom-optics elements with use of light [1]. Then, I will talk on how profoundly
the nature of light scattering (Rayleigh/Raman) is
altered in the BEC [2,3]; light scattering becomes highly directional and the
scattering rate is dramatically enhanced. This phenomenon, referred to as superradiant light scattering, is a consequence of Bosonic stimulation in the BEC, and can be used to realize
phase-coherent amplification of matter wave [4]. Now, we have mirrors, beam
splitters, and amplifiers for matter waves. Finally, I will review the recent
works for realizing true (continuous) atom lasers.
References:
[1] Y. Torii,
Y. Suzuki, T. Sugiura, M. Kozuma,
T. Kuga, L. Deng, and E. W. Haglay, Mach-Zehnder Bragg interferometer for a Bose-Einstein
Condensate, Phys. Rev. A
61, 041602 (2000).
[2] D. Schneble, Y. Torii, M.
Boyd, E. W. Streed, D. E. Pritchard, and W. Ketterle, The Onset of Matter-Wave Amplification in a Superradiant Bose-Einstein Condensate, Science
300, 475 (2003).
[3] Y. Yoshikawa, T. Sugiura,
Y. Torii, and T. Kuga, Superradiant Raman scattering
in a Bose-Einstein condensate, Phys. Rev. A (in press).
[4] M. Kozuma, Y.
Suzuki, Y. Torii, T. Sugiura, T. Kuga, E. W. Haglay, and L. Deng, Phase-Coherent Amplification of
Matter Waves, Science 286,
2309 (1999).
第１回 原子・分子・光科学（AMO）討論会
日時：平成16年7月8日
場所：東京大学理学部化学本館5階講堂
鳥井寿夫
東京大学大学院総合文化研究科
レーザーを用いて気体原子を冷却または捕獲するレーザー冷却技術は、1980年代後半から飛躍的に発展し，1995年には，気体原子のボース・アインシュタイン凝縮(BEC)という新しい研究分野を生み出しました．気体原子のBECは，超流動ヘリウムや超伝導体といった他のBECに比べ，粒子間相互作用の極めて小さい系におけるBECであり，基礎物理学的な興味からも、また超高感度原子波干渉計や量子コンピューターの実現といった応用的な見地からも精力的に研究されています．
気体原子のBECは，巨視的なサイズ（10μm〜100μm）を持つコヒーレントな原子波であり，レーザー光に類似する数々の性質を持っています．本講演では，気体原子のBECの「原子レーザー」としての側面に焦点をあて，気体原子のBECを用いた原子波干渉計，超放射的光散乱，コヒーレント物質波増幅といった実験を例に挙げながら，コヒーレント原子波の織り成す不思議な世界を紹介する．また，分子のBEC，光格子中のBECのモット転移といった最近のトピックスについても紹介したい．
2002年度 第４回物理教室談話会
日時：10月22日（火） 午後4時
場所：東大駒場 16号館107
2001年度のノーベル物理学賞は、1995年に原子気体のボース・アインシュタイン凝縮（BEC）を実現させたコーネル、ワイマン、ケタレの３氏に授与されました。最初の成功からわずか６年後の受賞ということからも、原子気体BECの実現が物理学に与えたインパクトの大きさがうかがえます。BECはヘリウムの超流動、金属や金属酸化物の超伝導といった現象の中に既に見出されていました。原子気体のBECは、これまでに知られているBECと比べ一体何が本質的に違うのでしょうか。なぜ（私を含めた）多くの研究者の興味を捕らえ続けているのでしょうか。談話会では、これまでに原子気体BECを用いて行われた興味深い実験を紹介しながら、これらの問いに答えていきたいと思います。
具体的には以下のトピックスについてお話する予定です。
・2つの独立なBECの干渉（アンダーソンの思考実験）
・BECを用いた物質波増幅
2002年度 第一回インフォーマルBECセミナー
日時：6月12日（水） 午後4時
場所：東大駒場 3号館108
原子源としてZeeman slowerを用いた高性能なRb原子BEC生成装置を開発した。Zeeman
slowerは、超高真空チャンバー（<10^-11 torr）に10^11個/秒以上の低速（20m/s）原子線を供給し、2秒以内に10^10個の原子をMOTに捕獲できた。この装置で従来より１桁多い4x10^6個の原子を含むBECを、25秒に１回の割合で生成することができた。発表では、真空装置、光学系の詳細や超高真空実現のノウハウなどについても紹介したい。また、今回実現されたZeeman
sloweを用いた連続発振原子レーザー実現の可能性についても議論したい。