日本の東京科学大学や東京大学、慶応大学、シンガポール南洋理工大学など国際研究チームによって、光をまるで「ひも」のように三次元的に結び合わせることで、空間だけでなく時間の中でも同じパターンが繰り返し現れる「光の結び目の結晶構造(ホプフィオン結晶)」が理論的に作り出されました。

このホプフィオン結晶は、結び目のように安定した光のパターンに情報を「縛り付ける」ことにより、情報を崩れにくく高密度に保存・伝送できる可能性があります。

実現すれば、次世代の超高速通信や超安定な情報保存技術が誕生するかもしれません。

この不思議な光の結び目とは一体どのような仕組みで生まれたのでしょうか?

(※結晶の基礎的な説明などは不要という人は最終ページに飛んで下さい)

研究内容の詳細は2025年8月21日に『Physical Review Letters』にて発表されました。

目次

  • 光の「結び目」が次世代通信を変える
  • 光を三次元に結びつける「ホプフィオン結晶」
  • ホプフィオン結晶の誕生が与えるインパクト
  • やや詳しい解説(専門家向け)

光の「結び目」が次世代通信を変える

光の「結び目」が次世代通信を変える
光の「結び目」が次世代通信を変える / ホプフィオンの概略図。 ホプフィオンは(a)トーラス(ドーナツのような形状をした3次元の曲面)の入れ子構造により構成され、各トーラスは(b)一定の交差回数を持つループの集合。それぞれのループは(c)ある一定の方向を向いたベクトルの空間分布を示す。色はベクトルの向きに対応する。Credit:空飛ぶホプフィオンの3次元周期構造を発見―高密度・超安定な情報の担い手―

私たちが暮らす日常には、さまざまな「形」があふれています。

その中には、見た目は全然違うけれど、「本質的には同じ」と考えられるものがあります。

例えば、ドーナツとマグカップを思い浮かべてみましょう。

ドーナツは丸い穴が中央に空いていて、マグカップには取っ手の部分に穴がありますね。