Kitao vant en olympisk sølvmedalje i synkronsvømming under Sommer-OL 2004 i Athen. Hun var med på det japanske laget som kom på andreplass i lagkonkurransen bak Russland. De andre på laget var Michiyo Fujimaru, Emiko Suzuki, Saho Harada, Miya Tachibana, Miho Takeda, Juri Tatsumi og Yoko Yoneda.