シンガポールの科学者らが、世界最高精度の原子時計を開発(Singapore scientists build world’s most accurate atomic clock)

2026-09-23 シンガポール国立大学(NUS)

シンガポール国立大学(NUS)量子技術センター(CQT)の研究チームは、ルテチウム(Lu)イオンを用いた光原子時計を開発し、光原子時計として過去最小となる1×10⁻¹⁹の周波数不確かさを達成した。単一の^176Lu⁺イオンの原子遷移を848 nmレーザーで測定し、温度や磁場による周波数変化が小さいルテチウムの特性を利用して高精度化した。さらに2台の時計を200時間比較し、不確かさ5.7×10⁻¹⁹という極めて高精度な比較を実現した。この精度では、わずか数mmの高さの違いによる重力の時間遅れまで検出可能となる。将来的には時計を小型・可搬化し、地球上の重力変化の測定や基礎物理学の検証、2030年以降に検討される「秒」の再定義への貢献が期待されている。

<関連情報>

Lu +光周波数基準、精度は19桁目で検証済み Lu+ optical frequency references with accuracy verified at the 19th digit

K. J. Arnold, M. D. K. Lee, Qi Zhao, Qichen Qin, Zhao Zhang, N. Jayjong & M. D. Barrett
Nature  Published:23 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-11072-8

シンガポールの科学者らが、世界最高精度の原子時計を開発(Singapore scientists build world’s most accurate atomic clock)

Abstract

Optical atomic frequency references1 have far surpassed their microwave frequency predecessors, leading to an anticipated redefinition of the SI (International System of Units) second2. However, as the scientific community seeks consensus on a new standard, and several state-of-the-art optical standards now report evaluated fractional uncertainties below 10−18, verification by same-species comparisons to comparable levels remains an outstanding challenge. Here we report two 176Lu+ single-ion optical frequency references, each with evaluated fractional frequency uncertainty near 1 × 10−19, which are directly compared by correlation spectroscopy and demonstrate agreement, with a measured relative frequency difference of [−0.1 ± (5.7)stat ± (1.0)sys] × 10−19, where ‘stat’ and ‘sys’ indicate the statistical and systematic uncertainty, respectively. Our optical references have been comprehensively assessed with evaluated uncertainties below 10−18, supported by a same-species comparison of independent systems to the 5.7 × 10−19 level. This accuracy, achieved in practical room-temperature systems, will contribute to improving international timekeeping and towards chronometric levelling3,4 at the millimetre scale, as well as tests of fundamental physics5 such as Lorentz invariance6, general relativity7, searches for dark matter8,9 and variation of fundamental constants10,11.

0403電子応用
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