情報通信研究機構(NICT)とドイツ物理技術研究所(PTB)は、通信衛星を利用して両機関のストロンチウム光格子時計の生成周波数を直接比較することに世界で初めて成功、両時計が刻む時間の長さが625兆分の1の精度で一致していることを確認した。

現在、1秒の長さはセシウム原子が共鳴する約 9.2GHz のマイクロ波遷移の周波数によって定義されており、NICT が生成している日本標準時もセシウム原子時計を利用している。一方、近年レーザー光の 100THz という高い振動数をカウントする光格子時計などの光時計が実現したことで、1秒の長さを国際標準として再定義する可能性が議論されている。


しかしこれには、大陸間の光時計が同じ長さの1秒を生成していることを、現在より高い精度で定常的に確認する必要があり、その比較手法の開発が秒の再定義の必要条件だった。

日独の光格子時計が625兆分の1の精度で一致、より正確な秒の再定義に前進
比較実験のイメージ

今回の比較実験では、新たに開発された、通信衛星を利用して光時計同士を直接接続する手法を用いて、9,000km 離れた NICT と PTB で動作しているストロンチウム光格子時計の刻む時間の長さを比較し、両者が625兆分の1の誤差の範囲内で一致していることを確認した。

周波数差の平均値が625兆分の1だった
周波数差の平均値が625兆分の1だった

秒の再定義には、周波数標準として「誰が、いつ、どこで運用しても同じ1秒が得られること」という標準としての普遍性が決定的に重要であり、大陸間の比較が必要とされていた。ちなみに、100km 程度の距離であれば光ファイバーリンクで光時計同士を直接接続して比較することが可能であり、同実験では光格子時計の周波数が1.43京分の1(6,500万年に1秒)の精度で一致していることが確認されている。

このように、地球規模の周波数比較が短時間の測定で実現すれば、潮汐効果による原子時計の誤差を測定/校正することが可能となり、重力環境を測定するセンサーなど、時計以外の目的に光格子時計を応用する可能性も広がるという。