量子の性質を追求してきた物理学者チームが、量子で結び目を作ることに成功した。宇宙を構成する粒子に関する新たな理論に繋がる可能性があり、量子コンピューターの開発に寄与すると期待されている。

これまでにも驚くようなさまざまなもので結び目が作られてきた。DNA、光、水などだ。そして今回はフィンランド、アールト大学のミコ・モトネン（Mikko Möttönen）氏と米アマースト大学のデイビッド・ホール（David S. Hall）氏率いる研究チームはさらにエキゾチックな物質、ボース・アインシュタイン凝縮（BEC）と呼ばれるタイプの量子を結んでしまった。

BECは、絶対零度近くまで冷却された通常は存在しないガスで、すべてが1つの量子状態にある。研究チームは、磁場を注意深く使うことでルビジウム原子からBEC状態を作り、多数の環がドーナツ状に組み合ったホップファイブレーション（Hopf fibration）と呼ばれる複雑な結び目を構成した。

「このような結び目は、示唆に富むとともに視覚的にも多様だ」とモトネン氏は話す。「実際に扱ってみれば、その姿がエレガントだとわかるだろう」。

しかし量子の結び目は、見かけが美しいだけでは終わらない。19世紀の物理学者ウィリアム・トムソンは、宇宙に充満する流体であるエーテルの結び目が原子だと考えていた。最近でもそれと似た考え方で、宇宙を満たす量子場内で結び目のような数学的形状によって粒子を記述する「位相的場の理論（topological quantum field theory）」が物理学者や数学者によって展開されている。

「こうした量子の結び目には基礎的な重要性がある。その構造は量子場において実現可能であることが示された」。

量子の結び目は、マイクロソフトがコンピューティングの将来の方向として取り組んでいるトポロジカル量子コンピューターという先進的デバイスで利用される可能性がある。「われわれの実験結果が、そうした有望な研究分野を推し進める一助となることを望みたい」とモトネン氏は話している。

【情報ソース】

Nature Physics - Tying quantum knots

http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys3624.html

Amherst College - Physics Professor David Hall and Team First to Tie Knots in Quantum Matter

https://www.amherst.edu/news/news_releases/2016/01-2016/node/626688

nano werk - Quantum knots are real! (動画あり)

http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=42353.php

New Scientist - Frozen quantum gas tied into knots for the first time

https://www.newscientist.com/article/dn28781-frozen-quantum-gas-tied-into-knots-for-the-first-time/

【関連情報】

ボース・アインシュタイン凝縮（Wikipedia）

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9C%E3%83%BC%E3%82%B9%EF%BC%9D%E3%82%A2%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%82%BF%E3%82%A4%E3%83%B3%E5%87%9D%E7%B8%AE

Microsoft Research Station Q

http://research.microsoft.com/en-us/labs/stationq/

トポロジカル量子コンピューター（日経サイエンス）

http://www.nikkei-science.com/page/magazine/0607/topology.html

