光格子時計（ひかりこうしどけい、Optical Lattice Clock）とは、光格子を用いる原子時計である。従来の原子時計より正確な時計として開発が進められている。
原理 光格子時計では、レーザー冷却した多数の原子を光格子に閉じ込め、時計遷移の光周波数を測定する。原子にはストロンチウムやイッテルビウムなどが用いられる。
東京大学の香取秀俊は、2001年（平成13年）に光格子時計の理論を発表し、2014年（平成26年）に精度18桁の光格子時計を開発することに成功した。この精度はセシウム原子時計の1,000倍にもなり、1秒狂うのに300億年以上かかる計算になる 。このストロンチウム原子の遷移の固有周波数は429 228 004 229 872.99 Hzである。
光格子を作るレーザー光は原子のエネルギー準位を変化させ、時計遷移の周波数にもずれを生じさせる。そこで、遷移に関わる2つの状態の光シフトが等しくなる「魔法波長」を選び、準位間のエネルギー差に対する影響を相殺する。ただし、さらに高い精度では高次の相互作用も無視できず、レーザーの波長に加えて光強度や原子の振動状態を調整する「実効的魔法条件」が研究されている。
利用 光格子時計を用いれば、人が歩く程度の速さや、わずか1 cmの高低差で生じる重力の違いによる時間の遅れを検出可能である。これにより、光格子時計は高度計や重力ポテンシャル計としての使用が可能となり、噴火や津波の予知に貢献できると考えられている。また、衛星測位システムに代わる新たな測地技術にも貢献すると考えられている。2022年には、情報通信研究機構が世界で初めて光格子時計を用いた標準時の生成に成功した。標準時システムに光格子時計を加えることで、協定世界時（UTC）との時刻同期精度が±20ナノ秒以内から±5ナノ秒以内に向上された、とされる世界初、国家標準時の維持に光格子時計を利用～NICTが持つ時計のみで協定世界時との同期が可能に〜 - 情報通信研究機構(2022年6月9日、2023年5月26日閲覧）。光格子時計を含む光周波数標準は、秒の再定義の候補として検討されている。国際度量衡局が2024年に公表した説明では、新定義の採択は2030年以降が見込まれ、その時期はロードマップに定めた必須条件の達成状況によるとされている。
2020年（令和2年）に東京スカイツリーの地上階と展望台（高さ450 m）にそれぞれ光格子時計を設置し、2点の時間の流れの差を観測する実験が行われ、0.000 000 000 005 %のずれが検出された。これは、一般相対性理論で示されている「重力源の近くでは時間の流れが遅くなる」ことの実証である。
2025年（令和7年）3月5日、島津製作所が製品としては世界初の光格子時計「Aether clock OC 020」を1台5億円で発売開始。受注生産で納期は1年、国内外で3年間10台の受注を目指している島津製作所が「ノーベル賞級」と豪語する新型時計、1台5億円で世界初の光格子時計を発売、2030年（令和12年）に再定義される次世代“秒”の有力候補か - 東洋経済ONLINE（2025年3月27日）。 2026年（令和8年）、情報通信研究機構は島津製作所の商用機1機の購入を決定。購入価格は約4億円。機構自身が保有する光格子時計と2台体制で時刻の誤差修正に使う予定。
連続測定に向けた研究 2026年8月、東京大学・理化学研究所・日本電子の共同研究グループは、冷却したストロンチウム原子を移動光格子で連続的に輸送しながら、幅1.2ヘルツの時計遷移スペクトルを得たと発表した。原子の準備、励起、検出を流路の異なる場所で並行して行う方式で、測定の空白時間をなくすための基盤技術と位置づけられている。
評価 2022年: 本田賞
脚注
注釈
出典
参考文献
関連項目 ラム–ディッケ領域 シュタルク効果