“光を止めて操る” 人工原子を開発

まるで自然界に存在する原子を自由に作り変えたかのような「人工原子」が、マイクロ波（広義の光）を貯蔵し、タイミングをコントロールして再放出する新たな方法が開発されました。

数百マイクロメートルほどのサイズでありながら、低温環境では量子力学的な性質をしっかりと保ち、自然の原子にはできないレベルでエネルギーを調整することができるのです。

実験では、5つの人工原子と特別な金属線（共振器）を組み合わせ、いったん取り込んだマイクロ波を「好きな時間」に放出することが可能であることを示しました。

これは、量子コンピュータや次世代通信技術にとって大きなブレイクスルーといえるでしょう。

自然の原子を用いる従来の方法では難しかった複雑な制御が、“大きな量子”である人工原子のおかげで実現されつつあります。

マイクロ波を自在にやり取りできる未来が、いよいよ私たちの目の前に近づいてきました。

研究内容の詳細は2025年2月11日に『Physical Review Letters』にて発表されました。

小さすぎる原子の壁――超伝導が導く突破口

量子の世界で扱われる「原子」や「分子」は、通常とても小さく、電子顕微鏡や特殊な観測手段を使わなければ目にできません。

また、自然に存在する原子や分子は、そのエネルギー状態（電子がとりうる軌道や遷移周波数など）が生まれつき決まっているため、自由に変えるのは極めて困難です。

これまでの量子実験や量子コンピュータの研究では、こうした“自然の原子”に何とか手を加えたり、工夫をこらしたりして利用してきましたが、制御の難しさや実験条件の厳しさが大きなハードルとなっていました。

そこで注目されているのが、抵抗がゼロになる超伝導状態を利用した「人工原子」です。