フォトニクスニュース 過去ログ
これまでに掲載した世界の光技術ニュースを月別にまとめたアーカイブです。レーザー顕微鏡、レーザー分光、量子光学をはじめ、幅広いフォトニクス領域の研究開発・産業動向を、カテゴリで絞り込んでご覧いただけます。
培養器の中に置ける「レンズのない」装置で、染めずに細胞を何日も追う——1枚の画像から定量位相を復元（フィンランド・タンペレ大学）
タンペレ大学を中心とする研究チームは、レンズを使わない光学系で撮った1枚の画像から細胞の厚みや屈折率の分布を数値として取り出す定量位相イメージングの手法「SF-PULSE」を報告した。ニューラルネットワークでセンサー面の初期推定をつくり、そこから光の伝搬を解く物理計算で位相を再構成する組み合わせにより、従来は複数枚の画像や追加の光学部品を必要とした位相復元を1枚で済ませ、再構成の誤差と安定性も改善したという。装置が小型でレンズを持たないため標準的な細胞培養インキュベータの中にそのまま置けて、染色やラベルなしに数百〜数千個の細胞を数時間から数日にわたり連続観察でき、個々の細胞の成長・移動・分裂やバイオマスの増減を追えるとしている。
1枚のインラインホログラムから、反復投影とスパース正則化を組み合わせて位相を復元する手法の研究です。
スピンが流す電流から出るテラヘルツ波を、探針の下でナノメートル刻みに地図化する——現れたのは「双極子」の模様（独RPTUカイザースラウテルン・ラントウほか）
RPTUカイザースラウテルン・ラントウ大学、ベルリン自由大学、北京航空航天大学、ブラウン大学、リール大学などの国際チームは、光ファイバーの先端にW／CoFeB／Ptの三層膜を載せたスピントロニクス型テラヘルツ発生源を走査探針の金属チップの下で動かしながら、放射されるテラヘルツ波形を1µmおよび300nm刻みで測定した。得られた近接場信号は予想に反して双極子状の空間分布を示し、著者らはこれを膜面内を流れるスピン由来の電流に伴う面直方向の電場によるものと説明している。面直成分に感度を持つチップで面内の電流を捉えられる理由がこれで説明でき、テラヘルツ分光を、電荷とスピンが絡み合う超高速の動きをベクトルとして読む手段へ広げられるとしている。
磁石になる層状半導体の中で、光と物質の「凝縮体」を磁場で調律する——発光エネルギーのずれは電圧方式の約10倍（独レーゲンスブルク大／ミュンヘン工科大ほか）
レーゲンスブルク大学、ミュンヘン工科大学、プラハ化学工科大学などのチームは、原子層ごとに磁化の向きが交互に反転する層状磁性半導体CrSBrの共振器構造に超短パルスを当て、励起子と光が強く結合したポラリトンの凝縮を確認した。しきい値を超えると発光強度が100倍以上に跳ね上がり、光波の振動がそろうコヒーレンスが現れた。さらに外部磁場を強めると隣接層で反対向きだったスピンがそろい、励起子を層内に閉じ込めていた「磁気的な檻」が解けて、凝縮体が出す光のエネルギーが移動した。電圧をかける従来手法に比べ、穏やかな磁場で最大10倍大きなエネルギーの移動が得られるという。
送電線に「日射を跳ね返して熱を捨てる」膜を塗る——放射冷却で送電容量を6〜10%引き上げ（サウジアラビア・KAUST）
架空送電線は電流と日射で温度が上がり、許容温度に達すると流せる電流が制限されます。KAUSTのチームは、六方晶窒化ホウ素の粒子をシリコーン樹脂（PDMS）に分散させた塗膜を開発しました。日射の約92%を反射し、中赤外では約95%の放射率で熱を空へ捨てながら、熱伝導率1.28W/m·Kで電線内部の熱も逃がします。サウジアラビア屋外での実測では、無塗装や通常の絶縁被覆より低温に保たれ、真夏の日中でも約75℃の運転上限を下回りました。放射冷却を使った暑い13都市のモデル計算では送電容量が6〜10%、リヤドの7月では18.3%増えると見積もっています。
多次元分光を「顕微鏡」にする——超短パルスの列でWSe₂素子内の電子の相互作用を場所ごとに読む（イタリア・カトリカ大学ブレシア校）
材料の中で電子がどう振る舞うかを調べる二次元電子分光は、これまで試料全体をまとめて測るのが普通で、場所ごとの違いは見えませんでした。イタリア・カトリカ大学ブレシア校のILAMPは、ミラノ工科大学・KUルーヴェン・ブリティッシュコロンビア大学・CNRと共同で、同じ形の超短パルスを時間差をつけて並べ、視野全体を一度に撮る「コヒーレント多次元ワイドフィールド顕微鏡」を実現しました。数十フェムト秒刻みで電子の相互作用を追えるため、原子数層のセレン化タングステン（WSe₂）素子のどの場所で電子が自由に動けなくなっているかを可視化できます。太陽電池やLED、センサーの効率を落とす欠陥の特定に役立つとしています。
室温で「浮いたガラス球」と光をもつれさせる——2色のレーザーで冷却ともつれを分担（イタリア・フィレンツェ大学）
機械的に振動する物体と光の量子もつれは、これまで絶対零度近くまで冷やした装置で一瞬だけ作るのが限界でした。イタリア・フィレンツェ大学のチームは、直径100nmのガラス球を向かい合う2枚の鏡のあいだで光ピンセットに捕まえ、わずかに色の違う2本のレーザーを使い分けました。1本は球の往復運動を冷やして安定させ、もう1本がその運動を光ともつれさせる役に専念します。室温の実験室でも相関がもつれの判定基準を超え、しかも鏡から出ていく光にもつれが残ったまま保たれました。複数の球を1つの光の場で結ぶオプトメカニクス的な量子ネットワークにつながるとしています。
超高速レーザーが結晶の中で何をしているかを3次元で追う——炭化ケイ素に欠陥が生まれる前後をX線で可視化（米アルゴンヌ国立研究所）
量子デバイス向けの材料づくりでは、超高速レーザーで結晶にわざと原子の抜け穴（空孔）をつくり、それを量子ビットとして使います。ただ、照射した瞬間に結晶の内部で何が起きているかはほとんど分かっていませんでした。アルゴンヌ国立研究所らは放射光施設Advanced Photon Sourceで、炭化ケイ素にレーザーを当てた直後の変化を深さ方向まで分けて3次元で撮るX線ナノイメージング法を開発しました。レーザーのエネルギーが波としてそろって伝わる成分と、熱のように乱雑に広がる成分を区別して追えるため、色中心を狙った位置に作り込む設計に役立つとしています。
動画の真偽判定を光で前処理する——15チャンネル同時で正解率97.8%、消費エネルギーは約10分の1（米UCLA）
生成AIによる偽動画の判別は、1本ずつ深層学習にかけると計算量と電力がかさみます。UCLAらは、動画フレームの情報を空間光変調器の位相パターンに書き込み、通過した光の分布を読むだけで真偽の手がかりを取り出す光電ハイブリッド方式を試しました。回折光学ニューラルネットワークとして働く光学系が複数の映像を同時に処理するため、15チャンネルで97.8%、18チャンネルでも平均96.1%の正解率を示し、判別が難しいデータセットでも95.8%でした。消費エネルギーは主要なデジタル判別器の約10分の1と報告しています。
レーザーで空気を電離して「光の剣」のようなアンテナをつくる——30MHzの電波を送信（米ノースカロライナ州立大学）
アンテナの長さは送受信できる周波数を決めますが、宇宙機のように機械的な展開が難しい場面では長さを変えづらいという制約がありました。ノースカロライナ州立大学らは、所定の出力と径のレーザーで細い空気柱を電離し、レーザーフィラメントのプラズマ柱をそのままアンテナとして使う方式を実証しました。給電は非接触で、レーザーを通す金属リングをコンデンサとして働かせ、電磁界を介してプラズマ柱に信号を渡します。30MHz帯のVHF送信に成功し、レーザーの条件で長さを、ビームの向きで指向を変えられます。プラズマフィラメントのアンテナが動作した初めての実証だとしています。
可視光は水の蒸発を速めない——「光分子効果」を3通りの測定で検証（独マックス・プランク高分子研究所）
ハイドロゲルや微小液滴に可視光を当てると、加熱だけでは説明できない速さで水が蒸発するという報告があり、光が水分子を直接はじき出す「光分子効果」が提案されていました。マックス・プランク高分子研究所らは、純水の平らな液面に青・緑・赤のレーザーを太陽光程度の強さで当て、液面の下がる速さを高精度センサーで追いました。あわせて和周波発生で最表面2〜3分子層の振動を観測し、さらにピコ秒級の強いパルスも照射しました。いずれも光の有無で違いは現れず、以前の結果はゲルの発熱や蒸気のたまり方など別の要因を探す必要があるとしています。
光子を2個続けて出す「カスケード」で、ほぼ見分けのつかない光子をつくる——共振器で崩壊を速めて識別不能度90%（独パーダーボルン大学／スイス・バーゼル大学ほか）
量子通信や光量子計算では、光子どうしが「区別できない」ことが干渉やもつれの前提になります。半導体量子ドットを強く励起して励起子分子をつくると、それが崩れる過程で光子が2個続けて放出されますが、2個の放出時刻が互いに相関するため、そのままでは識別不能度が60%程度にとどまっていました。パーダーボルン大学・バーゼル大学・ルール大学ボーフムのチームは、量子ドットを光共振器に組み込んで励起子分子から励起子への崩壊だけを速め、放出タイミングのばらつきを抑えることで識別不能度90%を得ました。純度は結晶格子の振動（フォノン）を介した「キャビティ・フィーディング」で制限されることも示しています。
牛乳を光路に入れて散乱をわざとゆらがせる——100枚の平均でスペックルと収差の影響を下げる（ポーランド科学アカデミー ICTER）
位相のそろった光を使う光コヒーレンストモグラフィー（OCT）では、試料の中で散乱した光が干渉してざらついたスペックルが乗り、細かい構造を覆い隠します。ICTERのチームは、試料の手前に「動く散乱体」として牛乳を置き、1枚ごとに光の届き方をわずかに変えながら3次元像を100枚撮って平均する方法を試しました。中心波長795nm・横分解能4.6µmの装置で、模様の粗さを表すスペックルコントラストは個々の像の0.69〜0.93から平均後は0.06〜0.09へ下がり、粘着テープや厚さ250µmのマウス脳切片の下に隠れた解像度チャートの線が再び見えるようになりました。引き換えにエッジの幅は4.6µmから約7.7µmへ広がります。
撮影間隔を少しずつ広げて、100フェムト秒から10ナノ秒までを1回で撮る——11コマで5桁の時間をつなぐ（東京大学）
高速度撮影では、コマの間隔を詰めると細かな変化は見えますが記録できる時間が短くなり、間隔を広げるとその逆になります。東京大学大学院工学系研究科の研究チームは、コマを等間隔に並べず、現象が速く動く初期は密に、その後は徐々に広げる「対数的高速度撮影法」を考案しました。これを実現する光学系がBRIDGEで、照明光の色ごとに通る距離を変えて試料に届く時刻を個別に調整し、11コマの間隔を100フェムト秒から10ナノ秒まで設定できます。ガラスとハイドロキシアパタイトにフェムト秒レーザーを当てた実験では、照射直後のプラズマから衝撃波、物質の飛散までを1回の照射で一続きに記録し、材料によって広がり方が違っていく様子も捉えました。再現が難しいレーザーアブレーションのような現象を、別々の実験に分けずに観察できる超高速イメージングの手法です。
陽子を「動く電場の波」に乗せて132MeVまで運ぶ——ナノメートル厚の大面積グラフェンと長パルスレーザー（大阪大学）
高強度レーザーを薄い標的に当ててイオンを加速する方式は、加速器を小さくする道筋として期待されてきました。ただし主パルスの手前に届く弱い前駆パルスが極薄の標的を壊してしまうため、標的の耐久性が壁になっていました。大阪大学の研究チームは、前駆パルスに耐えるナノメートル厚の大面積吊り下げグラフェンを4層・8層・16層で用意し、LFEXレーザーを強度1×1019W/cm2で垂直に照射しました。その結果、陽子を光速の半分近くに相当する132MeVまで加速し、長パルスレーザーによるイオン加速として高い到達エネルギーを示しました。計算では、プラズマ中を伝わる静電波に陽子が乗り続け、長い時間にわたってエネルギーを受け取る様子が示されています。次世代のイオン源に向けた基礎となる結果です。
4量子ビットの「クラスター状態」を敷設済みの光ファイバー29.5kmで2者へ配る——一方向量子計算の資源を街の回線へ（独ライプニッツ大学ハノーファー）
一方向量子計算は、あらかじめもつれさせたクラスター状態を用意しておき、個々の量子ビットを測る順番だけで計算を進める方式です。ただし光子の数が増えるほど損失で壊れやすく、研究室の外へ持ち出した例はほとんどありませんでした。ライプニッツ大学ハノーファーらは、1個の光子に2量子ビットを載せる多値のタイムビン符号化を使って、2個の光子で4量子ビットのクラスター状態を組み立て、構内に敷設済みの4.5kmと巻きファイバー25kmを合わせた約29.5kmを通して2者へ分配しました。量子もつれの存在は標準偏差19に相当する確度で確認され、忠実度の下限は78.5%、一方向量子計算の可視度は89.7%を超えています。既設回線を使って多量子ビットのもつれを配る道筋を示す結果です。
2本のレーザーの「あいだ」をコムで埋める——チップ上で1オクターブ分をつくり、光時計の読み出しまで1台でこなす（米JQI／ニュージーランド・オークランド大）
光の色（周波数）を測る定規にあたる周波数コムは精密測定に欠かせませんが、チップに載せても安定化に大きな装置が必要でした。JQI（NIST・メリーランド大）とオークランド大らは、周波数が1オクターブ離れた2本のレーザーを微小リング共振器に入れ、その間を光ソリトンで埋める方式（SParCS）を実現しました。コムの両端が2本のレーザー自身で決まるため、基準となるゼロ点のずれを測りにくいという弱点が解消され、同じ素子のまま周波数合成・低雑音ミリ波の発生・集積光時計の読み出しの3つを実演しています。
色の違う2本のフェムト秒パルスを交差させ、3方向に振動する光の場をつくる——これまで実験で届かなかった電子の量子状態へ（独オルデンブルク大学）
ふつうのレーザー光の電場は、進行方向に垂直な面の中で振動します。オルデンブルク大学のチームは、干渉計で分けた色の異なる2本の超短パルスを別々の方向から1点に重ね、電場が3方向すべてに振動する立体的な光の場をつくりました。この場で原子を多光子イオン化すると、これまで実験では到達できなかった量子状態へ電子を励起でき、飛び出した電子の分布から光の場の形を読み取れます。研究チームは、分子の立体構造の違い（キラリティ）を見分けたり、光と物質の相互作用を狙って制御するための新しい実験手段になると位置づけています。
ダイヤモンドの細い棒を「魚の骨」型共振器の背骨に差し込む——光る材料と回路の材料を一体化する（米JILA／コロラド大学ボルダー校ほか）
単一光子を効率よく出せる材料と、低損失の回路を精密に作りやすい材料は一致せず、両者を1つのチップにまとめるヘテロ集積が課題になっています。前者はダイヤモンドの色中心や量子ドット、後者はシリコンや二酸化チタンが得意です。JILA／コロラド大学ボルダー校と韓国の研究チームは、レジストに「魚の骨」型のフォトニック結晶共振器を描き、その背骨に幅200nmのダイヤモンドナノビームを差し込んでから二酸化チタンを成膜し、レジストを除く手順を示しました。背骨の端を漏斗状にしておくと共振器自身がナノビームを所定の位置へ導くため、可視光の波長より細い構造でも顕微鏡に頼らず位置を合わせられます。界面の散乱損失は波長737nmで1.3%以下、ダイヤモンド中のシリコン空孔中心の発光速度は4倍以上に増え、二酸化チタン側のチップからスピンの操作と読み出しもできました。
固体レーザーを種光と増幅器に分けてチップに載せる——Nd:YAG導波路で利得46.6dB、変換効率53.2%（米イェール大学）
固体レーザーは線幅が細く雑音も小さい一方、チップ上に作り込むと出力を上げにくいという課題がありました。イェール大学は、種となる発振器と出力増幅器を別々の導波路に分けるMOPA構成を、Nd:YAGの薄膜導波路で実現しました。種レーザーのしきい値は2.9マイクロワット、増幅器の小信号利得は最大46.6dB、連続発振で12dBm（約16mW）を超える増幅出力が得られ、ポンプ13.4mW・入力3mWの条件で変換効率は53.2%に達しています。レーザー共振器を導波路として作り込む手法が、小型で高性能な固体光源の現実的な道筋になることを示す結果です。
トンネル電流の「流れる向き」をアト秒で選び分ける——大気中の走査トンネル顕微鏡で約860アト秒の電流バースト（イスラエル・テクニオン工科大学ほか）
走査トンネル顕微鏡は原子1個を見分けられますが、電子が流れる速さそのものを追うには時間分解能が足りませんでした。テクニオン工科大学らは、色の異なる2つのレーザーパルスを重ねて針先に当て、光の波の山と谷の位置（サブサイクル波形）を変えることで、トンネル電流の流れる向きを能動的に選び分けました。理論から見積もった電流バーストの長さは約860アト秒で、真空や低温を必要とせず大気中で動作し、オングストローム以下の凹凸の感度と2ナノメートルの横分解能を保ったままです。熱による像の乱れも避けられており、光の波で電子を操る技術と顕微鏡を橋渡しする結果です。
発光面を細かく区切って速く点滅させる——235nm以下の遠紫外LEDで1.5Gbpsの無線通信（独FBHベルリン／英ストラスクライド大ほか）
光を使った無線通信は、屋外では太陽光の背景雑音が感度を制限してきました。フェルディナント・ブラウン研究所らは、地表にほとんど太陽光が届かない235nm以下の遠紫外（far-UVC）帯で動作するマイクロLEDを使い、見通し30cmで最大1.5Gbpsの伝送を実証しました。素子の発光面を小さな区画に分割することで接合容量を下げ、電流密度を上げられるようにしたのが要点で、従来のLEDより速い変調がかけられます。太陽光の影響を受けない波長帯のため、屋外での光無線通信に向くとしています。
散乱体の奥に光を絞り込む「増強因子」が大きくゆらぐ——ゆらぎ方から材質を読む（米セントルイス大学／仏CNRS）
生体組織や白い塗料のように強く散乱する媒質では、光が無数の経路に分かれて斑模様になります。波面整形で干渉を整えれば奥の一点に集光できますが、その良さを表す増強因子の「ばらつき」はこれまであまり注目されてきませんでした。セントルイス大学らは酸化亜鉛ナノ粒子の層を使った実験と数値計算、ランダム行列理論を組み合わせ、平均値は理論とよく一致する一方で、ゆらぎが理論の予想より数倍大きくなることを見いだしました。これは多重散乱で生じる長距離のメゾスコピック相関の表れで、200程度の制御チャンネルという小さなデータからでも相関を検出できるとしています。
明るいけれど左右が混ざった金銀クラスターを鏡像ごとに分ける——明るさを保ったまま円偏光を出させる（日本・自然科学研究機構）
円偏光発光を示す材料は、発光の効率と円偏光の偏り具合を同時に高めるのが難しく、どちらかを犠牲にしがちでした。自然科学研究機構らは、明るく光るものの右回り・左回りが等量混ざった金(I)–銀(I)クラスターに、キラルな酸素配位子を加えて鏡像異性体へ分ける手法を試しました。リン酸で保護した対では発光量子収率0.92/0.93を保ったまま円偏光の非対称因子|glum|=0.008を得て、コレステリック液晶と組み合わせた素子では|glum|が1.25まで上がりました。合成の段階で片方だけを作る従来路線とは別の組み立て方を示しています。
近赤外光を可視光に変える粒子で1,024階調を書き込む——DVDサイズで約400テラビットの立体光ディスク（中国・上海理工大学ほか）
半導体ドライブは1つの記録点に複数の階調を書き込んで容量を増やしてきましたが、光ディスクでは感光材料の応答幅と信号対雑音比の制約から多階調化が進みませんでした。上海理工大学らは、ポリマーの微小な点をその場で光により炭化させ、格子振動（フォノン）の助けを借りて近赤外光を可視光へ変えるアップコンバージョン発光を大幅に強めた記録材料を作りました。近赤外の励起光を無駄なく使えるため雑音が小さく、多層の立体記録で1,024段階の濃淡を99.99%以上の信頼性で読み書きでき、DVDサイズの円盤で約400テラビットに相当する容量を見積もっています。光データストレージの多値化に道を開く結果です。
近赤外の色素を使って、希土類ナノ粒子のアップコンバージョン発光がどのように強まるかを分光で調べた研究です。
曲面ミラーの「絶対形状」を触れずに2ナノメートルで測る——反射光の傾きを走査して積み上げる（産総研）
EUV（極端紫外）露光装置や放射光施設、天体望遠鏡、重力波検出器では、数百ミリに及ぶ大きな曲面ミラーで光を集めたり波面を整えたりするため、その形状精度が装置の性能を左右します。製造時には細かな凹凸だけでなく曲率半径を含む絶対的な形状を知る必要がありますが、多層膜などの機能膜を傷つけずに数ナノメートルで測ることは難しく、干渉計は参照面や参照波面との比較になるため絶対形状の評価には向きません。産総研は、反射光の向きから面上の各位置の傾き（局所角度）を広い角度範囲で測り、それを面に沿って積み上げて絶対形状を求めるデフレクトメトリ装置を開発しました。角度目盛の誤差を自ら補正する高精度角度計（SelfA）を組み込み、非接触で2ナノメートルの精度を達成しています。成果はPrecision Engineeringに掲載されています。
光の模様が回る角度からレーザーの周波数を1枚の画像で読む——ルビジウム原子と構造光を向かい合わせる（英グラスゴー大ほか）
レーザーを決まった周波数に固定する作業はGPSや量子センサーの土台ですが、多くの手法はフォトダイオードの1本の信号を読む1次元の計測です。グラスゴー大学らは、ルビジウム原子のガスに、一様な方向に振動する通常の偏光のビームと、リング状で場所ごとに偏光の向きが変わる構造光（ベクトルビーム）を反対方向から通しました。最初のビームが原子の約9割を一つの量子状態にそろえると、構造光が受ける偏光の変化が周波数のずれに応じて変わり、偏光成分に分けて撮影した画像の明るい部分が輪に沿って回転します。1メガヘルツの周波数変化で約6度回るため、共鳴からのずれを1枚の画像から読み取れます。磁場にも感応するため磁気計測への応用も見込まれ、成果はOpticaに掲載されています。
電流を振っても細い線幅が崩れない集積レーザー——共振器内のカプラ配置を工夫し、全動作域で線幅10Hz以下（スイス連邦工科大ローザンヌ校）
低損失の光導波路チップにレーザーの光を戻して線幅を狭める「自己注入同期」は、ノイズの小さな光源を小型に作れる一方、駆動電流を変えると同期が外れやすく、能動的な制御なしに使い続けるのが難しい方式でした。EPFLらは、光を戻すカプラを共振器のどこに置くかで戻り光の位相の波長依存性（フィードバック位相分散）が変わることを利用し、周波数を動かしても良質な状態に留まる配置を選びました。全電流域で固有線幅10Hz以下を保ち、チップ上に作り込んだピエゾ素子でモードホップのない1.5GHz超の周波数掃引も行えています。成果はNature Photonicsに掲載されています。
自己注入ロックを使い、種となる別のレーザーを足さずに薄膜ポリマーレーザーの出力を増幅した研究です。
光らせる場所そのものを縞模様にして立体超解像へ——横87nm・奥行203nmで培養細胞から胚まで追う（中国・清華大学／中国科学院生物物理研究所）
厚みのある試料を速く立体で撮ると、解像度と褪色のどちらかを諦めることになりがちです。研究チームは、薄いシート状の光で1層ずつ照らすライトシート顕微鏡の照明を格子状にし、蛍光色素を「光らせる状態に切り替える」工程自体に縞模様を持ち込む方式（LA-SIM）を組みました。回折限界の2倍を超える改善を横方向87nm・光軸方向203nmで達成し、深層学習によるノイズ除去を組み合わせることで、多色の立体超解像撮像を培養細胞から多細胞の胚まで広げています。成果はNature Photonicsに掲載されています。
ライン状の照明で撮った像を組み替え、厚みのある試料を速く3次元で超解像撮像する顕微鏡の研究です。
中継ノードに「学習できる光回路」を置いて空間分割多重を通す——3モードファイバで1,300kmを伝送（NTT）
1本の光ファイバに複数の伝搬モードを詰め込む空間分割多重は容量を増やせますが、伝搬中にモードどうしが混ざり合い、到着時刻にも差が出るため、受信側の信号処理が重くなります。NTTらは、受信側ですべてを補正するのではなく、伝送路の途中にプログラム可能な光ユニタリ変換器を置き、伝送路そのものを最適化する方式を示しました。Cバンド全域で低損失かつ偏波に依存せず動く実用水準の変換器を作り、3モードファイバで1,300kmの伝送を実証しています。モード分散が大きく抑えられ、受信側のデジタル処理の負担も下がりました。成果はNature Photonicsに掲載されています。
多モードのファイバの中で光がどう混ざるかを表す透過行列を、2種類のホログラフィで測り比べた研究です。
「切れた結合」を持たない結晶を棒状に育て、X線像を34 lp/mmで写す（中国・武漢理工大学ほか）
X線を可視光に変えて撮像するシンチレータは、細い柱を並べて光の横へのにじみを抑えるほど解像度が上がりますが、加工した表面に「切れた結合（ダングリングボンド）」ができると欠陥となり、発光の効率が落ちます。研究チームは、どの結晶方位にも切れた結合を持たない0次元構造の材料に、方向によって強さの異なる化学結合を導入し、電子的な性質を保ったまま棒状の形へ育てる手法を示しました。ウラニル系ハロゲン化物Cs₂UO₂Cl₄で作った素子では、空間分解能34 lp/mmのX線シンチレーション画像が得られています。材料の形と電子状態を切り離して設計できる点が特長です。
鉛を含まない臭化スズ系ペロブスカイト結晶の発光とシンチレーションの性質を、実験と計算の両面から調べた研究です。
結晶に預けた単一光子を180マイクロ秒保つ——スピンの位相ずれを電波パルスで巻き戻す量子メモリ（スペインICFO）
離れた地点へ量子もつれを配る量子中継器には、光子の状態をしばらく保持して区間ごとの測定タイミングを合わせる量子メモリが欠かせません。ICFOらは、プラセオジムを添加して3ケルビンに冷やした結晶に原子周波数コム方式で光子を吸収させ、保持中にイオンごとにばらついて溜まる位相のずれを、高周波パルスで反転させて打ち消す「スピンリフェージング」を量子光へ適用しました。通信波長の光子と対になった単一光子を最長180マイクロ秒（光ファイバ30km相当）保持し、その間も量子相関が保たれることを確認しています。成果はPhysical Review Lettersに掲載されています。
光を小さく絞って形を整え、磁化の向きを反転させる——白金／コバルト9層の厚い膜にも書き込める（米カリフォルニア大サンディエゴ校）
磁気メモリの書き込みを光パルスだけで行えれば、磁場を作るより速く省電力になると期待されています。ただ従来の全光型の書き込みは、膜が薄いものに限られ、光の円偏光の向きにも制約がありました。UCサンディエゴ校のチームは、超高速パルスの光を桁違いに小さな面積へ絞り込んで形を整えることで、白金とコバルトを9層交互に重ねた厚い膜でも磁化した領域を反転させ、反転域が安定するまで広げられることを示しました。特定の偏光を必要とせず、磁気光学効果を用いた全光型磁化反転の適用範囲を広げる結果です。成果はNature Communicationsに掲載されています。
ルテチウムイオンの光時計が不確かさ1×10⁻¹⁹に到達——2台を並べて200時間比べる（シンガポール国立大／CQT）
光時計は原子の決まった遷移にレーザーを合わせ、光の振動を振り子のように数えて時を刻みます。シンガポール国立大学とCQTのチームは、イオントラップに捕らえた単一の¹⁷⁶Lu⁺イオンと波長848nmのレーザーを使う光原子時計を2台つくり、相関分光と呼ぶ手法で200時間かけて互いの進み方を比べました。周波数の不確かさは1×10⁻¹⁹、2台の一致は5.7×10⁻¹⁹で、いずれも光時計として報告された中で最小の値です。ルテチウムの遷移は温度や磁場の変化を受けにくく、環境が変わっても精度を保ちやすい点が特徴で、秒の再定義に向けて求められる同種時計どうしの比較検証にもつながります。成果はNatureに掲載されています。
単一の「2準位系」から3個・4個の光子がもつれて出てくる——共鳴蛍光の高次散乱をとらえる（中国科学技術大）
原子に共鳴する光を当てると、原子は光子を吸って放つ共鳴蛍光を示します。そこから複数の光子が同時に、しかも互いに相関を持って出ていく高次の過程は理論的に予想されていましたが、観測は難しいままでした。中国科学技術大のチームは共振器量子電気力学の系を用い、単一の2準位系から3光子・4光子が散乱される過程を観測しました。3光子成分についてはエネルギーと時刻の間に真の量子もつれが生じていることをスヴェトリッチニー不等式の破れで確認し、秘密分散の量子プロトコルとして動かせることも示しています。もつれた多光子状態を光源側の工夫だけで作る道筋になり、量子情報処理や量子計測への応用が期待されます。
光電子が飛び出す「向きの内訳」を読み分ける——アト秒ストリーキングの見え方を問い直す（米カンザス州立大ほか）
強い赤外光を重ねて電子の飛び出す時刻を測るアト秒ストリーキングは超高速現象の標準的な計測法ですが、飛び出した電子がどんな角運動量の成分（部分波）で構成されているかまでは分かっていませんでした。米カンザス州立大・独マックスプランク核物理研究所・台湾の国立清華大のチームは、角度を分解した測定と理論計算を組み合わせ、赤外光の電場が山になる付近ではベクトルポテンシャルが山になる付近よりも多くの部分波が現れることを明らかにしました。赤外光が弱い場合でも多光子的な相互作用が効いていることを意味し、アト秒計測で得られる時刻情報の解釈に量子レベルでの見直しが必要になる可能性を示しています。
発光ポリマーそのものを感光材料にして、有機ELの微小画素を半導体プロセスで刷る（スイス連邦工科大チューリヒ校ほか）
有機ELの画素はマスクを使った蒸着や印刷で作られてきたため、高精細化が難しいという壁がありました。スイス連邦工科大チューリヒ校・ヘルシンキ大・豪RMIT大のチームは、発光分子を中心に置き星形に伸びた腕で包む「コア＝シェル」型の分子を設計し、発光ポリマー自体をフォトリソグラフィー用の感光材料として使えるようにしました。外側の腕が紫外光で架橋して像を固定する一方、内側の部分が現像液などの薬品から発光核を守る仕組みです。実際に300×430µmの中に250×350画素の多色蛍光像を描き、電気で光らせるデバイスも作製しました。
光で硬まる樹脂から開始剤や溶剤を省き、微細な立体構造を造形して加熱で繰り返し再利用できるようにした研究です。
立体像を「面の重ね」ではなく体積で結ぶホログラム——混信を雑音ではなく像を作る成分として使う（中国・南開大／江南大／深圳大）
3Dホログラフィックディスプレイは奥行きの違う複数の面に像を作って立体を表しますが、面と面の間が飛び飛びになり、面どうしの光が混ざる混信も画質を落としていました。南開大学・江南大学・深圳大学のチームは、光の場を段階的に伝搬させて重ね合わせる計算方式を提案し、これまで雑音として嫌われていた混信をむしろ像を作る成分として使うホログラフィーの設計法を示しました。事前学習のいらない小さなニューラルネットワークで位相パターンを求めるため、大量の学習データを用意せずに済みます。実験では奥行き方向にも横方向にも途切れない立体像が得られ、コントラストと空間分解能も改善しました。
導波路型のARメガネで、光の波面を精密に制御して立体のホログラム映像を映し出す研究です。
3.3THzの「ものさし」を光で割ってミリ波を作る——タイミング雑音18ゼプト秒台の300GHz信号（米IMRA America）
レーダーや高速無線、精密な時刻同期では、揺らぎの小さいミリ波信号が要ります。IMRA America社のチームは、3.3THz離れた2波長を同時に出すブリルアンレーザーを基準にし、チップサイズの周波数コム（カーソリトンマイクロコム）をその基準に引き込むことで、電子回路によるフィードバックなしに300GHzの信号を作りました。光の高い周波数を櫛の歯の間隔まで割り下げるため、揺らぎも同じ比率で小さくなります。1MHz離調での片側波帯位相雑音は−152dBc/Hz、タイミング雑音の底は1Hzあたり18ゼプト秒（10の21乗分の1秒）で、直接検波によるミリ波生成としては際立った値です。
光子を「時間の形」ごと整えて完全に吸わせる——導波路の分散を設計し量子ビット間の転送忠実度98%超（オーストリア・ウィーン工科大）
量子ビットの間で情報を運ぶには、片方が放った光子をもう片方が取りこぼさずに吸う必要がありますが、そのままでは吸収はおよそ5割にとどまります。ウィーン工科大学のチームは、光子を送る導波路の分散関係（波長ごとに伝わる速さが違う性質）をあらかじめ設計しておくと、伝わるあいだに光子のパルス波形が時間反転した形へひとりでに整えられることを理論的に示しました。外から変調をかける能動的な制御が要らない点が特徴です。計算では単一光子の転送忠実度が98%以上に達し、伝搬損失や量子ビットどうしの周波数ずれにも強いという結果になりました。
集積した光回路の上で、単一光子が完全に吸収される条件を位相で制御して確かめた研究です。
光の流れを遡って「泳ぐ」光ビーム——作用・反作用の対称性を破り、光の量子流体を上流へ進む
川を流れる葉のように、光の流れの中に置かれた光も普通はいっしょに下流へ運ばれます。研究チームは非線形光学結晶に2本のレーザーを時間差で入射し、広いビームを「流体」、細いビームを「泳ぎ手」としてふるまわせました。泳ぎ手が流体を左右非対称に押しのけると、押し返される力が流れと逆向きに働き、細いビームが上流へ進みます。互いに及ぼし合う力が等しくない非相反な相互作用が原因で、作用・反作用の対称性が破れている点が、渦の放出を使った従来の実験との違いです。流体の速さと濃さが中くらいのときに効果が最も強く現れました。光による量子流体の模型実験ですが、能動的にふるまう量子素子の設計につながると位置づけられています。
綿棒でぬぐった体のにおいをレーザーで読み分ける——鼻・へそ・耳の試料から病気ごとのパターン（独フラウンホーファーIIS／TUドレスデン）
体から出る揮発性有機化合物には病気の手がかりが含まれるとされますが、簡便に測る方法が課題でした。フラウンホーファーIISとドレスデン工科大らは、波長5.6〜12.9µmを3つのモジュールで覆う中赤外レーザーと、カンチレバー増強型の光音響分光（CEPAS）を組み合わせ、綿棒でぬぐった鼻・へそ・耳の試料のスペクトルを測りました。健康な人とパーキンソン病・COVID-19・軽度認知障害の計24人分を主成分分析すると群ごとに分かれ、鼻の試料では5波長だけでも同程度に分離できました。2週間後に採った試料も同じ位置に集まったとしています。
耳垢の脂質やタンパク質を、ラマン分光と光熱赤外分光を組み合わせて調べ、診断に使えるかを探った研究です。
「フレットのないギター」のようにX線の波長を連続で変える——高次高調波の谷間を埋める（オーストリア・ウィーン工科大／米UCサンディエゴ校）
超短パルスレーザーを気体に当てると、元の光の整数倍の周波数だけが櫛の歯のように並ぶ高次高調波発生で極端紫外や軟X線が得られますが、必要な波長が歯と歯の間にあると使えませんでした。ウィーン工科大と米カリフォルニア大サンディエゴ校のチームは、X線側ではなく駆動レーザー側の波長をずらす方針をとり、長さ6mの気体封入中空導波路の中で非線形相互作用を使ってパルスのスペクトルを制御しました。これを可視光に変換してヘリウムに当てることで、隣り合う高調波の間を連続的に走査できるようになりました。線幅が狭く明るいまま波長を選べるため、精密分光や原子核時計、半導体計測に使えるとしています。
青色レーザーを窒化ケイ素導波路と非線形結晶に通し、位相整合を保ったまま204〜319nmの紫外光を作る光チップの研究です。
単結晶の薄膜を「レゴ」のように貼り足してシリコン光回路に機能を加える——電圧で光を変え、磁石なしで一方通行にする（米ワシントン大セントルイス校ほか）
シリコンやシリコン窒化膜の光回路は導波路としては優秀ですが、光を高速に変調したり一方通行にしたりする機能は苦手です。ワシントン大学セントルイス校・スイス連邦工科大学ローザンヌ校・マサチューセッツ工科大学のチームは、材料ごとに最適な基板の上で育ててから単結晶の薄膜として剥がし、ファンデルワールス力でシリコンフォトニクスチップの上に貼り合わせる手法を示しました。チタン酸バリウム薄膜のマッハツェンダー変調器では半波長電圧と長さの積が約0.29V・cm、実効ポッケルス係数は約950pm/Vとニオブ酸リチウムの30倍以上になり、コバルトフェライト薄膜では磁石を外しても残る磁化で消光比18dB以上の非相反伝送が得られました。
ロボットが光学実験を組み立て、ずれたら自分で直す——30分・50手順でレーザー共振器を自動構築（米マサチューセッツ工科大）
光学実験は部品の位置をミクロン単位で合わせる必要があり、組み立てと調整に人手と時間がかかります。マサチューセッツ工科大学のチームは、7関節のロボットアーム、QRコードを付けた3Dプリント製のホルダー、無線でつまみを回す微調整ツール、天井のカメラを組み合わせ、光学部品の配置からアライメントまでを自律的に行う実験台を作りました。実演では50回の動作を30分で行ってレーザー共振器を組み上げ、外から揺らして光が弱まると自分で調整し直し、出力を回復させました。材料やデバイスの評価を数多く回す用途が想定されています。
白色光をあてるだけで読み出せる光メモリ——相変化膜とハイドロゲルを重ね、湿度で隠した像を浮かび上がらせる（米カリフォルニア大サンディエゴ校）
光メモリは記録密度を上げるほど、決まった波長・偏光・入射角でしか読み出せなくなり、専用の読み取り光学系が要ります。カリフォルニア大学サンディエゴ校のチームは、読み出しの鍵を光の条件ではなく媒体の状態そのものに移しました。厚さ約200nmの積層は、レーザーで結晶と非晶を書き換える相変化材料のSb₂S₃、湿度で膨らんで共振波長をずらすハイドロゲル、色を締める銀ナノ島からなり、各点がファブリ・ペロー共振器として働きます。527nmのパルスで書き、405nmの連続光で消し、読み出しは白色光を透過させるだけです。3µmの画素（8,000ppi超）と、湿度を上げたときにだけ現れる第2のQRコードを実証しました。
フォトポリマーに複数のホログラムを重ねて記録し、入ってくる太陽光を向きごとに振り分ける素子を作る研究です。
マイクロ波の信号を磁石の波にのせて光へ渡す——量子コンピュータを光ファイバでつなぐ材料基盤（米ニューヨーク市立大シティカレッジ）
いまの量子プロセッサの多くはマイクロ波で動きますが、遠くへ情報を運ぶには光が向いており、両者をつなぐ変換器が要ります。ニューヨーク市立大学シティカレッジのチームは、層状の磁性半導体CrSBrを使いました。マイクロ波で原子の磁気モーメントをそろって振動させてマグノン（スピン波）を立てると、その揺れが励起子のエネルギーをずらし、結晶で反射したレーザー光にマイクロ波の信号が乗ります。共振器を使わないバルク結晶のまま約300MHzの帯域で変換でき、動作周波数は磁場で調整できました。単一量子状態の転送には効率と雑音の改善が要りますが、層状物質は数層まで薄くできるため素子設計の自由度が残ります。
ダイヤモンドの色中心を磁気センサーにして、磁性体の中を伝わるスピン波の広がりを画像として捉える研究です。
手のひらサイズの中赤外分光イメージャーで、染めずに組織の化学組成マップを撮る（米ヒューストン大）
中赤外の光熱分光イメージング（MIRSI）は、分子の振動吸収による微小な発熱を可視光で読み取り、染色せずに組織の成分分布を描けますが、装置は0.8m²を超える据置型でした。ヒューストン大学のチームは、光学ヘッドを20×20cmの手持ちプローブに収めました。中赤外の量子カスケードレーザーをカルコゲナイドファイバで導き、レンズの代わりに反射光学系と軸外し放物面鏡を使って可視のプローブ光と同じ点に集めることで、可視と中赤外で使える材料が違うという制約を回避しています。赤外分光の像は子宮頸がん・卵巣がんの組織で据置型と同等（相関r=0.90）で、2µmの構造まで分解しました。術中に切除断端を確かめる使い方が視野に入ります。
中赤外の光熱効果を位相の変化として読み取り、染めずに生きた細胞の化学組成を広い視野で撮る研究です。
押すと明るくなり、色まで変わる蛍光結晶——分子の形が圧力への応答を決める（大阪大学）
力のかかり方を光で読み取る材料は圧力センサーとして期待されていますが、どんな分子設計が高い感度を生むのかははっきりしていませんでした。大阪大学基礎工学研究科のチームは、細長い分子と幅広い分子の2種類の芳香族炭化水素結晶を作り、ダイヤモンドアンビルセルで加圧しながら発光を測りました。細長い方は0.4〜1.4GPaで明るさが1.7倍になり、3.5GPaでは発光が458nmの淡い青から589nmの黄へ移って、感度は37.4nm/GPaに達しました。隣り合う分子の間に生じるエキシマー的な発光と、熱として逃げる無放射過程の抑制が効いていると説明しています。幅広い分子では暗くなるだけで、分子の形が応答を決めることが確かめられました。
厚さ500µmの脳切片を薄切りせずに丸ごと三次元で見る——レンズを使わないホログラフィ断層撮影（ポーランド・ワルシャワ工科大）
細胞の屈折率分布を染めずに三次元表示するホログラフィ断層撮影（ホロトモグラフィ）は、レンズを使う限り視野と奥行きがレンズ性能に縛られていました。ワルシャワ工科大学のチームは、レンズを介さずセンサー面で干渉像を直接記録する構成に、複数波長の斜め照明・照明角度の自動較正・多重散乱を織り込んだ多層再構成を組み合わせ、0.6cm²を超える視野、ミリメートル級の奥行き、約2.4µmの分解能を同時に満たしました。透明化したマウス脳の厚さ500µm切片を薄切りせずに一度に再構成できたため、長く伸びる神経の投射を途中で断ち切らずに追えます。レンズ由来の制約を外した定量位相イメージングの拡張です。
干渉性の低い光源を使うホロトモグラフィーで、ナノワイヤ基板の上で育つ細胞の形を、染めずに三次元で調べた研究です。
1画素の検出器で色の情報まで含む動画を撮る——デュアルコムの多波長スペックルとAI再構成（米カリフォルニア大アーバイン校）
像を結ばずに1画素の検出器だけで対象を撮影するゴーストイメージングは、多数の照明パターンを順に投影する必要があり速度が出ませんでした。カリフォルニア大学アーバイン校のチームは、デュアルコム分光の仕組みで波長ごとに異なるスペックル模様を同時に作り、それを1本の光ファイバで送って単一画素の検出器で受けます。さらにTransformer型の深層学習モデル「Ghost-GPT」で復元することで、必要なサンプリング比を1%未満に抑えたまま像を組み立て、動画レートに届きました。入口側の光学系を単純に保ったまま波長情報まで同時に得られるため、細径の内視鏡や携帯型センサーへの応用が見込まれます。
散乱で乱れた光から元の像を復元する際の調整を粒子群最適化で自動化し、単一撮影での再構成品質を高めた研究です。
ピコ秒レーザーで微小ピラミッドを彫り、ロボットに「そっと掴む」感覚を与える（香港理工大）
圧力センサーには、脈拍のような弱い接触を捉えられるものは強い力で飽和し、重い荷重に耐えるものは軽い接触を検知できないというジレンマがありました。シリコーン表面に微小なピラミッドを並べると力が先端から壁面へ順に分散して両立できますが、透明樹脂の奥へレーザーアブレーションで切り込むほどビームの焦点がぼけ、階段状の粗い形にしかなりませんでした。香港理工大学のチームは、再帰型ニューラルネットワークに走査速度と焦点位置を計算させ、材料が蒸発するのに合わせて焦点面を層ごとに下げる方式を組み、狙った寸法の5%以内でピラミッドを成形しました。できたセンサーは5.8Paの微弱な接触から400kPaまで直線的に応答し、21msで反応します。
超短パルスレーザーで透明材料の内部を加工したときの構造の変化を、ラマン分光で壊さずに見分ける研究です。
宙に浮かせたシリコン薄膜のメタサーフェスで、中赤外の光を鋭い共振のまま高速に振る（スイス連邦工科大ローザンヌ校）
メタサーフェスは共振が鋭い（Q値が高い）ほど電場が強まりますが、中赤外では基板の吸収が効き、高いQ値と大きな振幅変化の両立が難しいままでした。スイス連邦工科大学ローザンヌ校を中心とするチームは、SOIウェハーから赤外を吸う酸化膜を取り除いて単結晶シリコンの膜を宙に浮かせ、楕円の穴を六方格子に並べて中赤外に合わせました。Q値3000弱で振幅コントラスト50%超を達成し、膜を75µmまで小さくして熱を側面から逃がすことで電気加熱による14.5kHzの変調を実現しています。可視パルスで励起する全光学方式では2ナノ秒で元の共振に戻り、計算上は120MHzまで見込めます。CMOS工程と両立する点も利点です。
錐体は3種類なのに、なぜ「純色」は赤・黄・緑・青の4つなのか（米カリフォルニア大バークレー校）
人の網膜で色を受け取る錐体は3種類しかありませんが、私たちは赤・黄・緑・青の4色を「混じり気のない色」と感じます。三色説と反対色説という2つの古典的な説明は長く併存してきたものの、なぜ4つなのかは未解決でした。カリフォルニア大学バークレー校のチームは、自然の風景をハイパースペクトルイメージングで測った分光分布を多数集め、脳は情報をできるだけ少ない信号で表そうとする（スパース符号化）という前提で計算しました。すると3種類の錐体出力を効率よく表現するのに4つ目のチャンネルが現れ、赤と緑・青と黄という対をなす表し方（反対色過程）が自然に導かれました。照明やディスプレイ、測色の設計に基礎を与える成果です。Journal of the Optical Society of America A誌掲載。
赤と緑を見分けにくい人の視野に色の手がかりを重ねる、二波長のAR導波路ディスプレイを作った研究です。
有機ELの色を狭いまま、斜めから見ても変えない——TADF分子でポラリトン発光（独ケルン大・英セントアンドリュース大）
次世代のディスプレイには、鮮やかな色を出すために発光の波長幅が狭いことが求められます。有機EL（OLED）を微小共振器ではさむと、定在波ができて発光スペクトルを狭くできますが、こんどは見る角度によって色が変わってしまうという欠点が出ます。ケルン大学とセントアンドリュース大学のチームは、光と物質が強く結合したときに現れるポラリトンを使ってこの問題に取り組みました。ポラリトンのもとになる励起子は角度によるずれがほとんど無いため、うまく調整できれば線幅をさらに細くしながら角度依存性を抑えられます。ただし発光効率の高い熱活性化遅延蛍光（TADF）分子は振動子強度が小さく、光と強く結合させること自体が難しいという壁がありました。本研究はその条件を満たす素子構造を示し、狭帯域・角度安定・高効率を同時に満たすポラリトンOLEDを実現しています。Light: Science & Applications誌掲載。
銅錯体の配位子を変えて熱活性化遅延蛍光の割合と発光効率を高め、時間分解分光でその過程を調べた研究です。
室温で線幅0.31nm・毎秒1300万個の単一光子——格子振動から切り離されたダイヤモンド発光中心（米イリノイ大アーバナ・シャンペーン校）
ダイヤモンド中のカラーセンターは、原子ひとつぶんの欠陥が人工原子のようにふるまい、光を1個ずつ出す発光源になります。ただし結晶の格子振動（フォノン）が発光線を広げてしまうため、きれいな単一光子を得るには数ケルビンまで冷やすのが普通でした。イリノイ大アーバナ・シャンペーン校のチームが見つけた新しい発光中心「IL1」は、等間隔に並んだ鋭いピーク列を示し、その間隔は約45THzとダイヤモンド格子が支えられる最大振動数（約40THz）を上回っていました。つまり発光に関わっているのは結晶全体の振動ではなく、欠陥自身の局在した1つの振動で、そのぶんフォノンとの結合が抑えられています。室温での主発光線の幅は0.31nmとカラーセンターとして最も狭く、飽和時の明るさは毎秒1300万光子。冷凍機なしで使える単一光子源やナノスケール温度計への道が開けると期待されます。Nature Communications誌掲載。
ダイヤモンド中のスズ空孔カラーセンターを、スピンを保ったまま超高速の光パルスで励起する研究です。
空間と時間が絡み合った光の波束を、チップ上のレーザーアレイから直接出す（米南カリフォルニア大ほか）
空間と時間の自由度を結びつけた構造化光は、伝わっても形が崩れない波束や時空間渦などをつくれ、超高速計測・レーザー加工・イメージング・光通信への応用が期待されています。ただし従来は、回折格子や空間光変調器をフーリエ共役面に並べる大がかりな自由空間光学系が必要でした。南カリフォルニア大を中心とするチームは、両端から光を取り出せる分布帰還型レーザーを並べたアレイを設計し、互いにコヒーレントで位相差の安定した複数のサブビームを生成。空間と波長の相関を精密に制御することで、チップ上で直接、空間‐時間波束をつくり出しました。構造化光の物理と集積フォトニクスをつなぐ成果で、光源そのものを小型化できる点が特徴です。Nature Photonics誌掲載。
磁石を使わずに光を一方向へ回すサーキュレータをニオブ酸リチウム薄膜チップ上に——O帯からC+L帯まで14THz（加マギル大）
光が来た方向へ戻らないようにする光アイソレータやサーキュレータは、ふつう磁性材料を使うため集積回路に載せにくい部品でした。マギル大学のチームは、ニオブ酸リチウム薄膜の上に進行波型マッハ・ツェンダー変調器を縦続に並べ、電気信号で駆動することで、磁性材料も共振構造も使わずに光の進む向きを振り分けます。分離比は最大37dB、O帯とC+L帯を合わせた14THzという広い帯域で動き、余分な損失も小さく抑えました。同じ波長で双方向に偏波あたり毎秒400Gビットの伝送も実演しており、既存のファウンドリ工程に載せられる点まで示しています。
強誘電体の結晶に電場をかけて、回折光学素子のはたらきを電圧で切り替えられるようにした研究です。
光子を1個ずつ数え、届いた時刻まで記録する撮像素子——処理をチップ内で完結（英シンギュラー・フォトニクス）
単一光子アバランシェダイオード（SPAD）は光子1個を捉えられますが、膨大な検出イベントを外部へ送って処理する負担が実用上の壁になっていました。英エディンバラ発のSingular Photonics社が発表した「Litavis」は、256×256画素での光子計数と、64×64マクロ画素での到達時刻の記録、さらにヒストグラム作成までを画素内で行います。ピコ秒台の時間分解能を保ったまま外部へ出すデータ量を減らせるため、強度・時刻・ヒストグラムの3つの動作をソフトウェアで切り替えられます。蛍光寿命計測やLiDAR、量子光学の測定系を、回路を作り直さずに組み替えられるSPADです。
405nmレーザーの高速変調と新しい解析法で、蛍光寿命の画像を短い計算時間で撮る手法を示した研究です。
1/4波長板のわずかな製造ムラが、レーザーの迷光除去を1万倍に高める（独ダルムシュタット工科大ほか）
2枚の偏光子を直交させて強いレーザー光を遮る配置は、単一の量子エミッタのようなごく弱い光を見る精密実験に欠かせません。TUダルムシュタットを中心とする国際チームは、その間に1/4波長板を1枚入れたところ、通り抜けたわずかな光が丸い点ではなく中央の暗い二葉（ダンベル）状になることを見つけました。波長板を回すと模様も一緒に回ります。この形は検出器とほとんど重ならないため、迷光の抑圧は偏光子だけの約10万倍から、石英の波長板で約1000万倍、ポリマーの波長板では10億倍超まで改善しました。ビーム径を広げるほど模様が強くなったことから、原因は波長板表面の微視的な製造ムラだと結論づけています。実際の部品では偏光とビームの空間形状が結びつくことを示した結果で、微弱発光の検出や精密光学部品の欠陥評価への応用が見込まれます。Nature Communications誌掲載。
水を溶媒とする光配向材料で、四分の一波長板と偏光格子を重ねた多層の液晶光学素子をつくる研究です。
髪の毛の200分の1の光ファイバで原子を運ぶ——GPSが使えない場所の量子慣性センサーへ（米サンディア国立研究所）
米サンディア国立研究所のJongmin Lee氏らは、極細の光ナノファイバの周りにできる光の「かさ」で原子を導き、揺さぶられても取りこぼさない原子干渉計を目指しています。直径420nmのファイバ上にセシウム原子をわずか5mWの光パワーで捕捉し、150nWの光でも原子干渉に相当する測定ができることを示しました。従来手法の4分の1から6分の1の消費電力にあたります。冷却原子を自由落下させる方式は強い振動でレーザーが原子を見失いますが、導波路で導く方式なら常に視野に留められます。あわせて、両端をシリコンの細い柱で留めて放熱させる耐熱メンブレン導波路を提案し、真空中の発熱と原子の装填効率がどちらも立つ設計に道筋をつけました。フォトニック集積回路に載るチップサイズの量子慣性センサーが目標です。AVS Quantum Science誌掲載。
シリコン光回路の上に光アイソレータを直接つくる——レーザー局所加熱で反射戻り光を約95%低減（京セラ・東北大学）
光アイソレータは光を一方向にだけ通し、戻り光による光源の不安定化を防ぐ部品です。材料には磁気光学ガーネットが使われますが、機能させるには約600℃以上の熱処理が要り、チップ全体を加熱すると配線や電極を傷めるため、シリコンフォトニクス回路への一体形成が難しいままでした。京セラと東北大学電気通信研究所は、ガーネット膜を成膜した約700×700µmの領域だけに近赤外レーザーを当てて結晶化させる「レーザーアニール」を開発。周囲の光回路や電極への熱影響をほぼ避けながら、光干渉を使う構造のアイソレータをシリコン導波路上に作製し、光通信波長帯で13.6dBのアイソレーション比（戻り光を約95%低減）を確認しました。データセンター向けの光電融合実装に向けた要素技術です。IEEE Access誌掲載。
近赤外で屈折率2.53の全有機ポリマー——無機ガラスを上回る軽くてしなやかなレンズ材料（シンガポール国立大ほか）
有機ポリマーは透明で軽く、割れにくく加工しやすい一方、屈折率が1.4〜1.6程度と低く、赤外域の透過率も高くないため、無機材料に置き換わりにくい状況が続いていました。シンガポール国立大などのチームは、直線的なシアノ基を導入した全有機ポリマー「K153」を合成し、波長750nmで屈折率約2.53を達成。これは硫化物ガラスやCdS・ZnS・ZnSe（2.25超）を上回る値です。分子の分極が大きく分子間相互作用が強まることが高屈折率の要因で、構成単位が対称的なため赤外の吸収損失も小さく抑えられました。膜は環境耐性にも優れ、良質な赤外イメージングを実証しています。軽量な赤外カメラ用レンズや薄型光学部品への応用が見込まれます。Nature Photonics誌掲載。
顔料もフッ素も使わず、光で泡を彫って「白」を刷る——和紙や雪に学んだ構造発色（京都大学アイセムス）
白色顔料の二酸化チタンはEUで食品添加物としての使用が禁じられ、撥水に使われるPFASも環境への残留が問題になっています。京都大学アイセムスのチームは、色素ではなく構造色の考え方で白さを出す道を選びました。市販のポリマーに光を当てて分子を細かく切り、弱い溶剤で膨らませると内部に微細な泡が生まれ、空気との無数の界面が光を散乱して明るい白になります。条件を選ぶと表面にハスの葉のような凹凸ができ、撥水性も同時に得られます。光で構造をつくるため印刷と同じ手順で描け、20,000dpiの解像度を確認しました。フィルムだけでなく繊維にも適用でき、新しい化学物質を合成する必要もありません。
三光束の干渉露光で、光重合体の表面に周期の異なる回折格子を作り分けた研究です。
屈折率を時間で揺らすと、光を完全に吸う状態と発振が同時に成り立つ（ウィーン工科大／独KIT／独シュツットガルト大）
材料の性質を時間的に周期変調した媒質はフォトニック時間結晶と呼ばれ、静止した材料では起きない光の制御が期待されています。ウィーン工科大学らのチームは、こうした系の散乱をひとまとめに扱うフロケ散乱行列の理論を組み立て、変調を強めていくと散乱の固有値が対になって合流する例外点が現れることを示しました。この点を超えた領域では、入射光を反射も透過もせず完全に吸収する状態と、光を増幅して発振する状態が同じ条件で成立します。平板・球・メタサーフェスのいずれの形状でも同じ枠組みが使え、Q値の高いメタサーフェスを用いればごく弱い変調でこの領域に届くことも示されました。Light: Science & Applications誌掲載。
金ナノ粒子から色素分子へのエネルギー移動を約4倍に——複数のファノ干渉を重ね合わせて調整（中国・南方科技大ほか）
金属ナノ粒子に光を当てると表面プラズモンが励起され、そのエネルギーを近くの分子へ渡すことができます（プラズモン共鳴エネルギー移動）。ただし移動の効率は低く、何が効いているのかもはっきりしていませんでした。南方科技大学らのチームは、金のナノバイピラミッドやナノロッドの表面に近赤外色素IR806を並べ、粒子の共鳴波長を分子の吸収に合わせ込みました。プラズモンと分子の相互作用で生じるファノ干渉の経路が複数重なる条件を選ぶと、904nm付近でエネルギー移動の効率がおよそ4倍に高まりました。超高速の光信号処理や高感度な受光素子の設計指針になります。Light: Science & Applications誌掲載。
銀のナノ構造でつくった微小共振器を量子ドットの発光波長に合わせ、発光を強めて取り出す効率を高めた研究です。
1回の露光だけで超解像に——偏光のゆらぎで生きた細胞を追う（スイス連邦工科大学ローザンヌ校）
超解像顕微鏡の多くは、数百〜数千枚の画像を時間方向に積み上げて分解能を稼ぎます。この方法は化学固定した標本には有効ですが、動き続ける生きた細胞では像がぼやけてしまいます。EPFLナノスケール生物学研究室のWei Guo氏らは、蛍光分子が向きに応じて偏った光を出す性質に着目し、時間ではなく空間の情報を使うSPIFFIという手法を開発しました。蛍光を4つの偏光チャンネルに分けて同時に撮り、チャンネル間を比較することで、1回の露光から分解能を最大2倍に高め、160〜170nm程度の構造を1枚で解像します。既存の時間ゆらぎ法と組み合わせた後処理では約80nmに達したとしています。ミトコンドリアや微小管の動き、細胞の融合や分裂といった、多数枚法では捉えにくい現象を超解像の動画として記録できました。既存の蛍光顕微鏡に光学系を追加して使えるとしています。Nature Methods誌掲載。
多焦点と定在波の光パターンを組み合わせ、生きた細胞を45〜65nmの分解能で長時間観察する超解像顕微鏡の研究です。
内視鏡の先端に照明と結像を一体で「印刷」する——直径0.5mmの光学系（独シュツットガルト大学）
内視鏡で明視野観察を行うには、照明用と結像用の光路を別々に用意するのが一般的です。ただし先端を1mm以下まで細くすると微小な部品の取り回しと組み付けが難しく、それが小型化の壁になっていました。シュツットガルト大学応用光学研究所（ITO）とSCoPE研究センターを中心とするチームは、多光子リソグラフィによる光造形で、照明と結像を1つにまとめた光学系をファイババンドル内視鏡の先端に直接造形しました。前端の結像光学系と後端の回折光学素子を一体で作り込み、リング状の照明とマイクロスケール分解能の観察を約0.5mmの中に収めています。結像側は気密封止されているため、空気中だけでなく生体液中でも観察できます。造形プロセスは再現性が高く将来の量産にも向くとしており、細い管腔や小さな臓器への低侵襲な観察につながると期待されます。Light: Advanced Manufacturing誌掲載。
16波長のLEDで土の層を見分ける——発掘現場で5分の多波長イメージング（デンマーク・オーフス大ほか）
考古学の発掘では、次にスコップを入れる前に土の層が変わったかを判断しなければならず、見誤ると証拠が失われます。オーフス大とモースゴー博物館は、近赤外と近紫外を遮るフィルタを外した市販カメラの周囲に、365〜940nmの狭帯域LED15個と白色LED1個を並べた低コストなマルチスペクトルイメージング装置LEDMSIを開発しました。反射と蛍光を撮影し、主成分分析と独立成分分析で成分を分けると、木灰・焼けた粘土・骨が肉眼では見えない差として浮かび上がります。撮影から結果まで約5分で、現場でほぼその場で使えます。バルト海ボーンホルム島の遺跡での実証では、埋め土の中に肉眼では見えなかった層の変化が確認できたとしています。J. Archaeol. Sci.誌掲載。
波長ごとに分けた蛍光の像を深層学習で復元し、ごく弱い光で生きた魚をそのまま撮る顕微鏡の研究です。
赤外線を可視光に変える「スクリーン」を1000倍明るく——メタサーフェスと希土類ナノ粒子を重ねる（豪メルボルン大ほか）
赤外線が運ぶ情報を見るには、ふつう大がかりな光電子システムが要ります。イッテルビウムとエルビウムを含む希土類ナノ粒子は、弱い赤外光を足し合わせて可視光に変える（アップコンバージョン）ことができるため小型化の有力な候補ですが、赤外を「見る」のに必要な弱い励起強度では発光が足りないことが課題でした。メルボルン大学とオーストラリア国立大学（TMOS）、米ローレンス・バークレー国立研究所のチームは、この粒子を共振する誘電体メタサーフェスと一体化しました。粒子の励起帯に共振を合わせることで発光は3桁以上強まり、しかもこの共振の角度分散が平坦なため、斜めから入る光に対しても増強の効果が一様に得られます。赤外イメージングを薄いスクリーン1枚で行う方向につながる成果です。Light: Science & Applications誌掲載。
シリコンナノ球を1層並べるだけで、色あせない「つやのある色」を曲面に塗る（神戸大学）
孔雀の羽のように色素を使わず微細な構造で色を出す構造色は、光で退色しないという利点があります。ただし見る角度で色が変わり、保護膜を重ねると色味が崩れ、光沢も出にくいという課題がありました。神戸大学工学研究科の杉本泰氏らは、直径0.25µmほどのシリコンナノ球をシリカの殻で包み、間隔をそろえて1層だけ並べる手法を開発しました。殻が粒子を守ると同時に自己組織化を助けるため、拡散反射が減ってつやが生まれ、見る角度によらない色を大きな3次元の曲面にも塗れます。保護膜を重ねても色相はほとんど変わりませんでした。1層で十分な隠蔽力と明るさが得られるので塗膜は非常に軽く、大型旅客機なら数百kgある塗装が数百g程度になりうると試算しています。材料はシリコンとシリカで、研究チームはセンシングや光触媒など色以外の機能を重ねることも視野に入れています。Small Structures誌掲載。
肌の色でレーザーの安全しきい値は約28%変わる——より公平な基準づくりへ（米ジョンズ・ホプキンス大）
皮膚のメラニンは光をよく吸収するため、同じレーザーを当てても肌の色によって生じる熱の量が変わります。ところが公開されている安全基準はこの違いをほとんど考慮しておらず、パルスオキシメーターのような光を使う計測にも偏りが生じることが指摘されてきました。米ジョンズ・ホプキンス大学のチームは、肌の色が明るいものから暗いものまで異なる3頭のミニブタに、波長750nmのナノ秒パルスを1発ずつ照射しました。照射前の肌の色を色彩計で測り、照射後の紅斑（赤み）を炎症の指標として記録して、半数の部位に目に見える傷害が生じるエネルギー（ED50）を求めたところ、色の濃い個体では324mJ/cm²、明るい個体では448mJ/cm²と、27.7%低い値になりました。許容照射量が信号強度や到達深さを左右する光音響イメージングのような手法では、この差が装置の設計や評価に直結します。Journal of Biomedical Optics誌掲載。
ナノ粒子を「周波数ミキサー」にして、励起光の漏れを消した蛍光イメージング（スウェーデン王立工科大学KTHほか）
希土類を含むアップコンバージョンナノ粒子は励起光より短い波長で光るため、生体の自家蛍光に邪魔されにくいという利点があります。一方で発光そのものが弱く、励起光の残りが背景として残る問題がありました。スウェーデン王立工科大学（KTH）と中国・華南師範大学などのチームは、この粒子が強度を変調した励起光に対して「周波数ミキサー」のように振る舞うことを見いだしました。複数の基本周波数で励起光を変調すると、発光にはそれらの差にあたる「うなり周波数」の成分が新たに現れます。この成分は一般的なカメラのフレームレートでも読み取れ、室内光や励起光の漏れには含まれないため、そこだけを取り出せば背景のない画像が得られます。粒子の設計によって現れる成分を調整することもでき、生体イメージングやバイオセンシングでの信号対背景比を大きく改善できるとしています。Light: Science & Applications誌掲載。
785nmのレーザーで励起した色素とアップコンバージョンナノ粒子のあいだで、エネルギーがどう受け渡されるかを調べた研究です。
多重量子井戸とメタサーフェスを一体設計し、光の波長変換を約1000倍に（米ハーバード大ほか）
レーザーの色（波長）を別の色に変える非線形周波数変換は、通信や精密時計、量子技術に欠かせない働きですが、これまではニオブ酸リチウムやヒ化ガリウムといった結晶がもともと持つ性質にほぼ縛られてきました。米ハーバード大学SEASのCapasso教授らは、ヒ化ガリウムとヒ化アルミニウムガリウムを極薄で積み重ねた多重量子井戸と、その表面に並べたナノ柱（メタサーフェス）を、別々にではなく一体で設計しました。層の厚さで電子のエネルギー準位を作り込み、ナノ柱で電磁場の向きと集中度をそろえることで、加工していないウェハに比べて実効的な非線形変換を約1000倍に高め、光ファイバー通信で使う近赤外域でも従来の報告を上回りました。標準的な化合物半導体プロセスで作れるため、チップサイズの波長変換器や、もつれ光子対の光源への展開が見込まれます。米テキサス大オースティン校、カリフォルニア大アーバイン校との共同研究。Nature Nanotechnology誌掲載。
非線形結晶の角度を調整して、中赤外の波長を連続的に変えられる光子対をつくる研究です。
電圧で原子振動の「利き手」を反転させ、切っても保つ——強誘電体のカイラルフォノン（スイスPSIほか）
結晶の中で原子が集団で揺れる振動をフォノンと呼び、その揺れが回転する成分を持つと右回り・左回りという「利き手」が生まれます（カイラルフォノン）。スイスのパウル・シェラー研究所（PSI）のグループは、台湾の共同研究者が作製した厚さ40nmのチタン酸バリウム薄膜に微小な電極を付け、電気分極を反転させるとフォノンの利き手も一緒に反転することを示しました。切り替えは室温で3Vという低い電圧で起こり、しかも電界を取り去ったあとも状態が保たれます。利き手の読み出しには、欧州放射光施設ESRFの円偏光X線を用いた共鳴非弾性X線散乱を使い、光と格子のあいだで角運動量がやり取りされる様子から判定しました。フォノンが持つ角運動量を電気で制御できることになり、磁性状態の操作や、振動を使う情報技術への道が開けます。Nature Materials誌掲載。
チップ上の光コムを48時間以上止めずに回す——3つのパラメータを同時に固定（中国国防科技大学）
微小共振器の中に光のソリトンを閉じ込めてつくる「マイクロコム」は、繰り返し周波数を電子回路で直接測れる26.5GHz以下まで下げられると、持ち運べる精密計測の光源になります。ただし共振器内部の雑音や温度・振動といった外乱に弱く、ソリトンがすぐ崩れてしまうことが実用化の壁でした。国防科技大学のチームは、励起レーザーの周波数・共振器の共振点・繰り返し周波数という3つの基本パラメータを同時に能動制御する「マルチモーダル・ロッキング」を提案し、理論と実験の両方で確かめました。FSR 24.96GHzの窒化シリコン微小共振器に実装したところ、48時間を超えて崩れずに動作し、環境の変動に対しても高い耐性を示しています。周波数コムを実験室の外へ持ち出す計測に近づく成果です。Light: Science & Applications誌掲載。
電圧で焦点を2つに切り替えるメタレンズ——眼の血管を深さ1.2mmまで撮る（韓国POSTECH）
光音響イメージングは、光を吸収した組織から出る超音波をとらえて立体的に撮る手法です。光学分解能を持たせると横方向は数µmまで見えますが、ピントの合う深さの範囲が狭いという弱点があり、ベッセルビームなどで広げるとサイドローブが増えて信号対雑音比が下がってしまいます。韓国・浦項工科大学校（POSTECH）などのチームは、窒化シリコンのナノ構造でできたメタレンズに電圧をかけ、可動部なしで2つの回折限界の焦点を切り替える顕微鏡を作りました。切り替え電圧は0.87Vと1.03V、応答時間は250msで、横分解能3.7µmを保ったまま深さ方向1.2mmをカバーします。角膜を薬品で傷つけたラットの眼で、新生血管が広がる様子を眼球の深さ全域にわたって追跡できました。Light: Science & Applications誌掲載。
1064nmのパルスレーザーを使い、血管など特定の生体構造だけを安価な装置で光音響撮像する研究です。
枝分かれナノワイヤの「枝」だけを光らせて光取り出し効率を上げるLED（瑞ルンド大）
一般的なLEDでは、内部で作られた光の多くが材料と空気の境界で跳ね返されて外に出られず、追加の表面加工なしで取り出せるのは4%程度にとどまります。スウェーデン・ルンド大学のグループは、中心のナノワイヤから細い枝が横に伸びた構造をつくり、電流を注入する中心部は光らないように設計して、光の波長より細い枝の部分だけが発光するようにしました。枝が十分に細ければ光が内部に閉じ込められにくいため、原理的には高い取り出し効率が見込めます。実験では、発光が枝で起きており中心部の光の再吸収によるものではないことを確認しました。実用のLEDに追いつくには表面欠陥による損失を減らす必要がありますが、材料の使用量を減らせるため、長期的には製造コストの低減にもつながると見ています。Nano Research掲載。
紫外線を当てた面だけきれいに剥がせる接着剤——365nmで剥がし、254nmで貼り直す（大阪大学）
電子機器や自動車では接着が欠かせない一方で、しっかり接着したままだと修理やリサイクルのときに部材をきれいに分けられないという問題があります。大阪大学の高島義徳教授らのチームは、接着層そのものを壊すのではなく「界面だけ」を光で切り替える接着剤をつくりました。スチルベンとトリアセチル化β-シクロデキストリンのあいだにできる可逆的なホスト－ゲスト架橋を設計し、波長365nmの紫外線（UV-A）を当てるとスチルベンが光異性化して照射面近くの結合が弱まり、剥離強度が約45%下がって糊残りの見えない剥離ができます。254nm（UV-C）を当てると結合が戻り、加熱すれば貼り直せます。PETとガラス、炭素繊維強化プラスチック、ナイロン66、アルミの組み合わせでも同じ切り替えが働き、15回の剥離サイクルを通して性能を保ちました。Matter & Light誌掲載。
ガラスがある周波数からテラヘルツ光を通さなくなる理由を式で説明する——弾性のムラと電荷のゆらぎから（筑波大学ほか）
携帯通信のギガヘルツ帯はガラスをよく透過しますが、テラヘルツ帯のある周波数を超えると透過率が大きく下がります。現象自体は以前から知られていたものの、ガラスの微視的な構造や動きと結びつけた定量的なモデルがありませんでした。筑波大学らは、ガラスの弾性の不均一さと原子・分子スケールの電荷のゆらぎを取り込んだ連続体モデルを立て、代表的な分子ガラスであるグリセロールについて0.3〜2.5THzの複素誘電関数の実測値を再現しました。ボソンピーク付近では横波（ずれ）の寄与が支配的だと示しており、低損失なテラヘルツ通信用ガラスの設計指針になるとしています。
放射線が当たった瞬間の半導体をレーザーでのぞく——電荷は濃い塊で生まれていた（米SLAC・スタンフォード大）
放射線は直接測れないため、シンチレータが光る現象などの二次信号で検出しますが、強い信号は遅く、速い信号は弱いという二律背反がありました。米SLAC国立加速器研究所とスタンフォード大学のグループは、MeV超高速電子回折装置で半導体に高エネルギー電子を打ち込み、同期した超短パルスレーザーで直後の光学応答を調べる時間分解分光を行いました。II-VI族半導体で予想より強い超高速の信号が現れただけでなく、生じた電子と正孔が試料全体に均一に散らばるのではなく、局所的に密な塊として現れることが分かりました。この密な塊がバンドギャップを大きくずらし、本来なら通さない波長の光を透過させます。PET検査のような医療画像や放射線センサーを高速化する手がかりになると期待されます。Nature Photonics掲載。
曲げても向こうが透けても動くシリコンフォトニクス回路——300mmウェハで一括製造（米MIT）
シリコンフォトニクスは、電気の代わりに光で信号を運ぶ半導体チップです。従来は硬く不透明なシリコン基板の上に作られていました。米MITとNY Createsのグループは、まず通常のシリコンウェハ上に光の通り道である導波路を作り、上から仮のウェハを貼って反転させ、元のシリコン基板を削り落としてから透明な樹脂フィルムに貼り替える工程を開発しました。得られるのは厚さ数マイクロメートルの、曲げられて向こう側が透けて見える300mmウェハです。小さなねじほどの太さの円筒に数千回巻き付けても性能が落ちず、目の前に置いても像がほとんど歪まないことを確認しています。体に沿う健康モニターや、パイロットのバイザーのように湾曲した拡張現実ディスプレイへの応用が見込まれます。Optica誌掲載。
導波路とホログラフィー表示を組み合わせ、拡張現実用メガネで奥行きのある像を映す研究です。
1mmの鏡が向きと形を同時に変え、光を3次元で操る——MEMSマイクロミラーで顕微鏡やARを小型化（米ペンシルベニア州立大）
レーザーを狙った場所に集めるには、光を左右に振るだけでなく奥行き方向の焦点も動かす必要があり、ふつうは別々の部品が要ります。米ペンシルベニア州立大のグループは、窒化アルミニウムの圧電薄膜を使った直径約1mmのMEMSマイクロミラーで、2方向の傾きに加えて鏡面の反り（平らから椀状まで）を変えられるようにしました。マイクロ秒で焦点位置を切り替えられ、実際に走査パターンの焦点を63mm動かして再び鮮明に結ばせています。半導体の標準工程で作れるため、頭に載せる小型顕微鏡やARグラス、レーザー微細加工の小型化・高速化につながります。Microsystems & Nanoengineering誌掲載。
空間光変調器の位相をその場で調整し、複数の色と深さを同時に三次元撮像する顕微鏡の研究です。
原子と光子でつくる「スピングラス」がAIの連想記憶を増やす——ボース=アインシュタイン凝縮を光共振器に並べて（米スタンフォード大）
連想記憶は、断片的な手がかりから記憶の全体を思い出す仕組みで、1982年のホップフィールド模型が知られています。ただし記憶を詰め込みすぎると「スピングラス」と呼ばれる乱れた状態に落ち、正しく思い出せなくなります。米スタンフォード大のグループは、2枚の凹面鏡でつくる光共振器の中に、1万個以上の原子が集まったボース=アインシュタイン凝縮を光ピンセットで並べ、鏡の間を何千回も往復する光子を介して原子どうしを結びました。最大20スピンのこの量子光学的スピングラスは、同じ規模のホップフィールド網より最大7倍多くの記憶を保持・想起でき、結合が変化する短期可塑性も示しました。Science誌掲載。
（らせん状に巻いた微小管の共振器で、特定の波長の光だけを強く閉じ込める条件を調べた研究です。）
らせん形の金ナノ構造で分子の「利き手」を超高感度に見分ける——円偏光を使う非線形キラル分光（米オハイオ大・中国武漢大ほか）
薬の分子には右手と左手のように鏡像の関係にある型（エナンチオマー）があり、片方だけが効いて、もう片方は無効だったり有害だったりします。ところが従来の円二色性などの測定は信号が弱く、微量の判別が難しいのが課題でした。オハイオ大学・武漢大学・イタリア技術研究所のグループは、らせん形の金プラズモン構造で電場と「超キラル」な近接場をともに強め、円偏光による第二高調波発生を利用する方法を示しました。信号がプラズモン増強の2乗で効くため感度が大きく上がり、吸着したウシ血清アルブミンを約11ピコモルまで検出できたとしています。左巻き・右巻きの構造がそれぞれ対応する分子とよく反応するため、分離操作なしに混合物中の比率も測れます。Science Advances誌掲載。
らせん状ナノ構造でつくったキラルなメタ表面の近接場を、ラマン散乱の円偏光応答から可視化した研究です。
直径0.55mmのプローブで脳の血管の中を360度撮る——先端に圧電モーターを載せたOCT（中国・南京大ほか）
脳の細い血管の内側を治療中に見るための、極細のOCTプローブが作られました。南京大学医学部と南京航空航天大学のグループは、直径0.55mm・長さ4mmの中に圧電素子で回るレンズを収め、カテーテルの先端そのものでレンズだけを回して360度の断面像を得る方式を採りました。従来の血管内OCTは体の外のモーターで長いカテーテルごとひねるため、曲がりくねった脳の血管では回転むらによる像の歪みが出やすいという弱点がありました。試験ではモクレンの葉の葉脈、脳動脈モデルに置いたステント、ブタの血管、さらにヒトの動脈硬化プラークを撮影し、脂質に富む部分や線維化した部分が病理所見と一致することを確認しています。Biomedical Optics Express誌掲載。
細いマルチモードファイバを通った光の伝わり方を測り、先端から像を送り出す二つの方式を比べた研究です。
血液中の免疫細胞を染めずに「働いているか休んでいるか」で見分ける——蛍光寿命イメージングで代謝を可視化（米モーグリッジ研究所）
血液から簡単に取り出せる末梢血単核球（PBMC）は、その多くが免疫細胞です。米モーグリッジ研究所のグループは、細胞が本来もつ補酵素NAD(P)HとFADの自家蛍光を二光子励起（それぞれ750nmと890nm）で光らせ、その明るさと蛍光寿命から代謝の状態を読み取る手法（光学的代謝イメージング、OMI）をPBMCに適用しました。染色も細胞の破壊も要らず、1個ずつの細胞について活性化しているか静止しているかを判別できます。試料全体を平均する測定では見えない細胞ごとのばらつきをとらえられる点が特徴で、血液がんや自己免疫疾患の診断、CAR-T細胞療法の効きめの確認への応用が期待されます。Biophotonics Discovery誌掲載。
光源の高速変調と再構成法の工夫で、蛍光寿命の分布を短時間で画像化する顕微鏡の研究です。
光を閉じ込めたメタサーフェスが、磁石なしでナノスケールの磁場をつくる（米コーネル大）
磁場をつくるには普通は磁石やコイルが要りますが、光そのものから静的な磁場を生み出す方法が示されました。コーネル大学のグループは、中赤外光を閉じ込めるゲルマニウムのナノ構造アレイに、光が中に入っている状態で強い近赤外パルスを重ねて当てました。近赤外光が自由電子と正孔を一気に生み、屈折率が急に変わる「時間界面」がつくられます。このとき閉じ込められていた光のエネルギーの一部が、周波数ゼロの静的な成分——電子の周回電流が支える局所的な磁化——に移り変わりました。磁場は強度の高い場所に約300フェムト秒（中赤外光およそ20周期分）とどまり、金属でない表面ならどんな材料でも成り立つとしています。Advanced Science誌掲載。
ダイヤモンドの窒素空孔中心を数百個まとめて読み出し、ナノスケールの磁場を並列に測る研究です。
片方の光子を測って、もう片方の「光の結び目」を遠隔で作り分ける——3者のもつれを模様の変化として見る（南ア ウィットウォータースランド大ほか）
量子もつれは数値で確かめられても、そのふるまいを目で追うのは難しい課題でした。ウィットウォータースランド大学らは、自発パラメトリック下方変換で1,550nmと810nmの光子対をつくり、偏光と空間モードが結びついた光スキルミオンのもつれ状態を用意して、一方の光子の偏光を測ることでもう一方に現れる立体的な模様を遠隔で作り分けました。忠実度0.93・純度0.96で、ベルの不等式の破れはS=2.53±0.005。模様が粒子のように動いて見える「量子マルチスキルミオン」も観測し、もつれの度合いと模様の形を1つの球面上でまとめて表す可視化の枠組みを示しています。
グラフェンを1枚挟んで暗電流を1桁下げる——冷却せずに3〜4µmを捉える中赤外検出器（中国・東南大学）
中赤外（MWIR）の検出器は感度を確保するために冷却するのが一般的で、室温では熱で流れる暗電流と、界面での再結合が性能を抑えてきました。東南大学らは、MoS₂／グラフェン／HgCdTe（MCT）を重ねたファン・デル・ワールスヘテロ構造のフォトダイオードをつくり、グラフェンでMCT表面の欠陥を埋め、MoS₂で多数キャリアをせき止める構造にしました。室温（300K）で黒体放射に対する検出能はおよそ8×10^10 cm·Hz^1/2·W⁻¹、応答度は約0.325A/Wに達し、グラフェン／MCTやMoS₂／MCT単独に比べて暗電流を1桁抑えています。
光が電気に変わる最初の400フェムト秒を「撮影」——励起子の広がりが縮む様子を実測（墺グラーツ大ほか）
太陽電池や光合成では、光を吸った材料の中で電子と正孔が対になった「励起子」がまず生まれます。長く知られた存在ですが、その内部構造が実験で見えたことはありませんでした。オーストリア・グラーツ大学、独マールブルク大学、ユーリヒ研究センターのグループは、有機半導体（6T分子の薄膜）に短い光パルスを当てて励起子を作り、続く高エネルギー紫外パルスで電子を叩き出す光電子分光を使い、遅延時間を変えながら測定しました。その結果、生まれた直後の励起子は分子3個ぶんほどに広がり、最初の400フェムト秒で約25%縮むことが分かりました。Physical Review X誌掲載。
（カーボンナノチューブに閉じ込めた水の中で、励起子と陽子の衝突を561nmレーザーの発光計測から1個ずつ捉えた研究です。）
中性原子の量子コンピューターから光子を10チャンネル同時に取り出す（阪大・NICT・浜松ホトニクス）
量子コンピューターを大規模化する道筋のひとつが、複数の装置を光でつないで1つの計算機として動かす方式です。ただし中性原子を並べた装置では、原子1個ずつから出る微弱な光子を混ざらないように取り出すのが難しく、これまでは数チャンネルにとどまっていました。大阪大学・情報通信研究機構（NICT）・浜松ホトニクスのグループは、32チャンネルの集積導波路アレイを使い、マイクロメートル間隔で並ぶ10個の原子から出た光子を並列に光ファイバへ導き、超伝導ナノストリップ光子検出器で同時に検出しました。チャンネル間の混信はほとんど無く、量子的な相関も確認され、約100チャンネルまで拡張できる見通しとしています。Optica誌掲載。
炭化ケイ素の中の発光中心から出る光子を、集積した反射鏡で効率よく集める素子の研究です。
量子コンピュータ同士を光でつなぐ、10チャンネル多重の量子光インターフェース（大阪大学・NICT・浜松ホトニクス）
中性原子方式の量子コンピュータは1万個規模の原子を並べられますが、誤り耐性のある汎用機には100万量子ビット以上が必要とされ、複数台を光でつないで大規模化する道筋が有力視されています。これには多数の量子ビットを並列に接続する多重量子光インターフェースが要ります。従来は並列に並べた光ファイバに頼っていたためチャンネル数が数本にとどまり、集積密度の低さから中性原子方式への適用も難しいという課題がありました。大阪大学量子情報・量子生物学研究センターの山本俊氏らは、情報通信研究機構（NICT）、浜松ホトニクスと共同で、32チャンネル集積導波路アレイのうち10チャンネルを使い、マイクロメートル間隔で並ぶ10個の原子からの光子を並列に取り込んで伝送・検出することに成功しました。チャンネル間の干渉はごくわずかで、原子の量子状態と放出光子の偏光との相関も確認しています。検出には超伝導ナノストリップ光子検出器を用い、約100チャンネルまで拡張できると見込んでいます。Optica誌掲載。
可視と近赤外を1枚のチップで同時に撮る手術用カメラ——画素ごとに干渉フィルタを載せた受光素子（米イリノイ大）
がんの手術では、蛍光色素で光らせた病変を近赤外で見ながら、同時に術野を可視光で確認したい場面があります。従来はカメラを2台使うか感度を犠牲にしていました。米イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校などのグループは、裏面照射型のCMOSセンサーの画素上に赤・緑・青・近赤外の干渉フィルタを2×2で並べ、明るい反射光と弱い蛍光を同時に扱えるよう二種類のゲインで読み出す単一チップのカメラを作りました。読み出し雑音2.25電子、ダイナミックレンジ90dB超で、手術室の照明下でもインドシアニングリーンを約500ピコモルで検出。肺がん20例・乳がん35例の臨床評価も報告しています。Light: Science & Applications誌掲載。
分散素子を組み込んだ画像走査顕微鏡で、複数の蛍光色を一度に高分解能で撮り分ける研究です。
染めずに卵巣がんの組織を見分ける——二光子自家蛍光像の無標識イメージングを深層学習で補正（中国・上海交通大）
病理診断では通常、組織を薄く切って染色しますが、時間と手間がかかります。二光子自家蛍光顕微鏡は細胞が本来もつNADHの蛍光を見るため染色が要りませんが、信号が弱く画像が荒れやすいのが課題でした。中国・上海交通大学などのグループは、励起波長860nm・検出495〜540nmで撮った画像に対し、装置固有のノイズ特性を組み込んだ深層学習の枠組みを作り、ノイズ除去と細胞核の切り出しを同時に行いました。1枚撮りの厳しい条件でも核の抽出精度（Dice係数）は約0.80に達し、得られた核の形の指標は従来のHE染色による病理と0.93〜0.96の相関を示しました。Light: Science & Applications誌掲載。
染色せずに三次高調波発生だけで、ヒト脳組織のミエリンの変化を観察する顕微鏡の研究です。
キセノンを詰めた中空コアファイバで波長を変える——位相をほぼ保ったまま量子装置どうしをつなぐ（米UCLAほか）
量子メモリーやイオントラップは紫外や可視で動く一方、長距離の光ファイバ通信は通信波長帯が効率的です。両者をつなぐには波長を変換する必要がありますが、その際に光の位相が乱れると量子情報が失われてしまいます。米UCLA・SLAC国立加速器研究所・ロチェスター大学・オタワ大学のグループは、キセノンガスを封じた中空コアの毛細管ファイバ内で四光波混合による変換を計算機実験し、位相がどれだけ忠実に移るかを調べました。1550nmから516nmへの変換では入出力の位相の相関が0.95、条件によっては0.99を超え、変換効率は約10.8%でした。効率を上げるほど位相がひずむという兼ね合いも示されています。Advanced Photonics Nexus誌掲載。
窒化シリコン導波路にBBO結晶を貼り合わせ、波長204〜319nmの紫外光を広い範囲で生み出す研究です。
「ナノの光」が変わる瞬間をフェムト秒で撮る——ポラリトンを光で操って可視化（分子科学研究所・大阪公立大ほか）
光と物質が強く結びついた波であるハイパボリック・フォノンポラリトンは、赤外光を波長よりずっと小さな領域に閉じ込められるため、極小の光デバイスの候補として注目されています。ただし波長が周波数で大きく変わるため、広帯域のフェムト秒パルスで励起すると干渉縞が重なって像がぼやけてしまいます。分子科学研究所と大阪公立大学などのグループは、探針から散乱した赤外光を回折格子で分光してから検出する方式にし、約150フェムト秒の時間分解能を保ったまま約10cm⁻¹の波長選択性とナノメートルの空間分解能を両立しました。二硫化タングステンと六方晶窒化ホウ素を重ねた試料では、可視光で電子を励起するとポラリトンの振幅が変わり、タングステン層が厚い場合には波長そのものも変化する様子をとらえています。Nano Letters誌掲載。
（六方晶窒化ホウ素の中の空孔欠陥が、光を吸ってから元の状態に戻るまでの時間を473nmレーザーで直接測った研究です。）
ファインマンの「経路積分」を単一光子で直接検証——約142万通りの経路を測る（中国・華南師範大）
量子力学の基礎にある経路積分は、1948年にファインマンが提唱した考え方で、粒子は1本の道を通るのではなく、考えうるすべての経路が寄与して結果が決まる、というものです。約80年間、計算の前提として使われてきましたが、実験で直接確かめられてはいませんでした。中国・華南師範大学のグループは、鏡・レンズ・結晶で組んだ光学系に単一光子を通し、経路ごとの確率振幅を1,419,857通り分再構成しました。その結果、どの経路も寄与の大きさは等しく、違いは古典軌道で決まる位相だけであるという仮定が、予測どおりに再現されました。Science Advances誌掲載。
単一光子レベルの光を組み替え可能な光回路に通し、量子的な吸収のふるまいを再現した研究です。
台所のアルミホイルをレーザーで数秒加工——安価なテラヘルツ用偏光子を自作（豪ANU/TMOS）
テラヘルツ光を扱う実験に必要なワイヤーグリッド偏光子は1個数千ドルと高価です。オーストラリアのTMOS（豪州研究会議 変換的メタ光学システム拠点）の研究チームは、市販のアルミホイルにナノ秒レーザーで精密なパルスを当て、クリーンルームや専用の加工設備を使わずに、わずか15秒で自立式の金属グリッド偏光子を切り出すことに成功しました。エネルギーが強すぎると微細な配線が変形し、弱すぎると箔が切れないため、最適な条件を数か月かけて探ったといいます。現在はタングステンや銅など、より丈夫な材料での実証も進めています。Optics and Laser Technology誌掲載。
ダイヤモンドのNVセンターを使う固体時計、2つの信号を組み合わせて温度ドリフトを約1桁低減（米独チーム）
ダイヤモンド中のNVセンターは、電子スピンの基底状態分裂（2.87GHz）が安定した時計遷移になりますが、温度でその値が大きく動くことが弱点でした。米国とドイツの研究チームは、これに加えて窒素14原子核の四重極分裂（約4.94MHz）も同時に測り、2つの信号を組み合わせる方式を実証しました。475ガウスの磁場中でレーザー光ポンピングと蛍光読み出しを行い、室温・積分時間1000秒で温度に起因する長期ドリフトをおよそ1桁小さくしています。10日間の連続運転では、周波数の不安定さが200秒平均で5×10⁻⁹以下に収まりました。Physical Review Applied誌掲載。
ダイヤモンドにプロトンを当てて焼き、NVセンターを高い濃度でつくり分光評価した研究です。
紫色でも涼しい布——金属有機構造体で色と放射冷却を両立（豪アデレード大ほか）
太陽光を反射しつつ体の熱を中赤外で逃がす「放射冷却」の衣料は、これまでほぼ白一色に限られていました。オーストラリア・アデレード大学と中国の研究チームは、可視域の500〜600nmだけを吸収して近赤外をよく反射する紫色の金属有機構造体ZIF-67を、酸化亜鉛ナノ粒子とともに一段階の電界紡糸でポリウレタン繊維に組み込みました。中赤外放射率96.4%、太陽光反射率87.6%を達成し、屋外試験では市販の白い綿より4.2℃、紫の綿より6.2℃低い温度を保っています。色を選べる冷却衣料への道を開く成果です。Small誌掲載。
金属有機構造体ができていく過程を、ラマン散乱の目印となるピークで追跡した研究です。
1個の原子蒸気セルからスクイーズド光を多数同時に——大規模アレイ化と同期（中国・復旦大ほか）
量子雑音を抑えたスクイーズド光は量子情報技術の基本要素ですが、多数のビームをまとめて作ることが難しい課題でした。復旦大学などの研究チームは、1個の原子蒸気セルの中で原子コヒーレンスを利用した非線形光学過程を使い、偏光スクイーズド光の大きな空間アレイを実験的に作り出しました。各チャンネルが独立の発生器ではなく、入射ビーム全体が作る共通の基底状態コヒーレンスに支配され、原子の熱運動でならされるため、チャンネル間でスクイーズの度合いがそろって同期します。Light: Science & Applications誌掲載。
100本の光チャネルを一度に量子テレポーテーション——電子回路を介さない全光学的フィードフォワード（中国・華東師範大）
量子テレポーテーションはこれまで1チャネルずつ行うのが普通で、チャネルを1つ増やすたびに検出器と高速電子回路を1系統ずつ足す必要がありました。華東師範大学のチームは、空間光変調器に位相ホログラムを表示してレーザー光を10行10列の100個の空間モードに分け、あらかじめ用意したもつれ光場と組み合わせたうえで、光波どうしを直接干渉させる全光学的なフィードフォワードで100チャネルを一括制御しました。アルファベットの「Q」を模した100画素分の光電場の量子状態が平均忠実度0.60で受信側に復元され、もつれを使わない古典的な通信の上限0.52を全モードで上回っています。励起レーザーの出力約1Wが現状の上限要因で、チームは1000チャネル化を目指すとしています。
「周期的でない」準周期フォトニック結晶で波長を選べる面発光レーザーへ（米イリノイ大学）
これまでの面発光型フォトニック結晶レーザー（PCSEL）は、決まったパターンが一面に繰り返す構造に頼っていたため、素子ごとに設計をゼロから作り直す必要がありました。イリノイ大学の研究チームは、二酸化ケイ素の層をエッチングしてから半導体でその上を覆う「埋め込み誘電体」構造を使い、周期性を意図的に崩した準周期パターンで室温発振に成功しました。同じ基板上で異なる構造を組み合わせられるため、より柔軟で信頼性の高いレーザー設計につながるとしています。次の目標は電流注入で動く実用的な素子の実証です。Applied Physics Letters誌掲載。
大気を270m通過しても壊れない「光の結び目」——トポロジカルな光渦で屋外光通信を実証（南ア Wits大学・仏ボルドー大学）
大気の揺らぎで光ビームの振幅や位相、偏光構造が乱される自由空間光通信では、従来は可変形鏡などの補償光学で波面の歪みを逐一補正してきました。Wits大学とボルドー大学の共同チームは、偏光ベクトルがポアンカレ球を整数回だけ包み込む「光学スキルミオン」という構造化光を使い、ヨハネスブルグの2棟の建物間270mの屋外リンクを補正なしで伝送する実験を行いました。受信した光の強度分布は乱れたスペックル模様に崩れていたものの、トポロジカルな数（巻き数）はほぼすべての条件で98%以上の忠実度で保たれ、最も乱流が強い正午でも86%を維持したといいます。変調速度や通信容量の実証はこれからの課題です。
中赤外の波長を電圧で広く変える光チップ——2.7〜3.4µmをカバーする集積型パラメトリック発振器（米スタンフォード大）
薄膜ニオブ酸リチウムの上に光パラメトリック発振器を集積し、波長が固定された近赤外のポンプ光から、赤外分光に使える2.7〜3.4マイクロメートルの中赤外光をつくり出しました。電圧で発振波長を連続的に変えることができ、周波数にして22テラヘルツの幅、出力はミリワット級とされています。この波長域は多くの分子の吸収が集まる一方で、小型で扱いやすい光源が乏しい領域でした。環境計測や化学・生体センシングに向けた、波長可変な中赤外光源を集積フォトニクスで実現する道筋として示されています。
光の「マグヌス効果」を初めて観測——集光レーザーが最も強く効く位置が横にずれる（スイスPSI）
単一のカルシウムイオンをイオントラップに閉じ込め、強く絞ったレーザー光との相互作用が最も強くなる位置を調べたところ、ビームの中心ではなく数百ナノメートル横にずれていることが確認されました。回転を与えたボールの軌道が曲がるマグヌス効果の光版にあたり、理論的な予測はありましたが、実験で直接とらえたのは初めてとされています。ずれの大きさは集光の強さによらず波長だけで決まるという性質も示されました。レーザーで量子ビットを操作する量子コンピュータでは、この横ずれが制御の誤差につながる可能性がある一方、量子ビット同士を結合させる手段として使える可能性も指摘されています。
光子の気体が凝縮する直前のふるまいを初めて測定（独ボン大ほか）
色素溶液を満たした微小な光共振器に光子を閉じ込め、ボース=アインシュタイン凝縮が始まる直前の空間的な相関を測定しました。片方の鏡をレーザー加工でナノメートル精度に構造化して箱状のポテンシャルを作り、放出された光の角度分布をカメラで記録してフーリエ変換により相関を求めています。相転移の近くで相関の及ぶ距離が急激に伸びる度合い（臨界指数）が得られ、光子の気体がボース気体と同じ普遍性クラスに属することを実験的に示したとしています。平衡から離れた系の基礎研究に手がかりを与える結果と位置づけられています。
液晶を封じた微小共振器から、軌道角運動量をもつ光を基底状態で発振させる研究です。
ヘルペスウイルスが神経細胞の代謝を変える過程を、染めずに10日間追跡（米タフツ大）
2光子励起蛍光と蛍光寿命イメージング（FLIM）を組み合わせ、立体的に培養したヒト神経組織が単純ヘルペスウイルス（HSV-1）に感染したあとの代謝変化を10日間にわたって撮影しました。細胞のエネルギー産生に関わる補酵素の自家蛍光を使うため色素で染める必要がなく、同じ生きた組織を繰り返し観察できます。感染から1日で代謝が異常に活発になり、7〜10日目には酸化ストレスの兆候が現れるなど、目立った細胞損傷より前に代謝が変わる様子が捉えられました。
発光が続く時間を画像にして、立体的に培養した細胞の内部の酸素分圧を可視化する顕微鏡の研究です。
シリコンで短波長赤外を捉える——不純物を過剰に導入したフォトダイオード（スペイン・マドリード・コンプルテンセ大）
シリコンはバンドギャップが広く短波長赤外（SWIR）の光子を吸収できないため、この波長域の検出には高価な化合物半導体が使われてきました。研究チームは、シリコンに不純物を通常よりはるかに高い濃度で導入する「ハイパードーピング」により、SWIR光を効率よく吸収するフォトダイオードを作製したと報告しています。既存のシリコン製造プロセスと両立する点が特徴で、夜間撮像・医用イメージング・環境モニタリング・産業検査などへの応用が想定されています。成果はPhysical Review Applied誌に掲載されました。
MRIで見ながら光ファイバで焼く「レーザー間質温熱療法」、脳腫瘍の治療成績を解析（米ワシントン大医学部）
レーザー間質温熱療法（LITT）は、細い光ファイバを腫瘍に刺し、MRIで温度を確認しながらレーザーの熱で異常な組織や壊死組織を焼灼する低侵襲手術です。ワシントン大医学部は、原発性および転移性の脳腫瘍を対象にLITTが臨床成績に与える影響を解析し、Journal of Clinical Oncology誌に報告しました。腫瘍の焼灼そのものに加え、処置に伴って血液脳関門が一時的に緩むといった、切除以外の治療的な効果も検討されています。
量子光を出す材料を計算で高速に絞り込む——発光効率の予測手法（大阪大学）
結晶中の原子スケールの欠陥「カラーセンター」は単一光子源や量子センサーの有力候補ですが、候補材料が膨大なうえ、どれが効率よく光るかを見極めるには重い計算が必要でした。大阪大学の研究チームは、光を出す過程と、結晶の振動にエネルギーが逃げて光らない過程の両方を統一的に扱う第一原理の枠組みを構築し、この非放射損失を簡略化した理論式で評価できるようにしました。炭化ケイ素（SiC）中の不純物と空孔の対について結合エネルギーを事前スクリーニングする例を示し、有望な候補を短時間で絞り込めることを実証しています。npj Computational Materials掲載。
陽子ビームを当ててダイヤモンド中にNVセンターを作り、その発光のようすを分光で調べた研究です。
キセノンを詰めた中空コアファイバで、位相を保ったまま光の波長を変換（米UCLA・SLACほか）
量子メモリやイオントラップは紫外・可視の光で動く一方、長距離伝送は通信波長帯が有利で、両者をつなぐ波長変換が必要です。UCLA・SLAC・ロチェスター大・オタワ大の研究チームは、キセノンガスを封入した中空コアファイバ中の四光波混合を計算機上で解析し、1030nmから343nm、1550nmから308nm、1550nmから516nmへの変換で、入力と出力の位相の相関が0.95、条件が良ければ0.99を超えうることを示しました。変換効率は最大28%に達する一方、パルスエネルギーを上げると非線形効果で位相がひずむため、効率と可干渉性の両立が課題だと述べています。Advanced Photonics Nexus掲載。
日本初のフルスタック中性原子量子コンピュータ「春海」が稼働（分子科学研究所）
原子1個ずつを量子ビットとして使う中性原子方式は、室温で動作して冷凍機が要らないこと、光ピンセットで原子を動かして任意の量子ビット間にもつれを作れることなどが利点です。分子科学研究所の大森賢治教授らのチームは、ソフトウェアから量子演算装置までを自前で統合したフルスタック機「春海」を約50量子ビット規模で稼働させました。国内初となる本機により、これまで理論やシミュレーションが中心だった誤り訂正の研究を実機で進められるようになります。内閣府／JSTムーンショット型研究開発事業 目標6の成果。
「量子灯台」で大気中を光子が渡る——全米最長の量子ネットワークに無線区間（米ブルックヘブン国立研）
ブルックヘブン国立研究所の7階建て建物の屋上に、量子情報を載せた光子を送受信する「量子灯台」が設けられました。同研究所とストーニーブルック大、イェール大を結ぶ全米最長の量子ネットワークに、光ファイバではなく大気中を光が伝わる自由空間光通信（FSO）の区間を加えるものです。有線の通信網が無線や衛星へ広がったのと同じ役割を量子ネットワークで果たすと位置づけられ、望遠鏡技術を応用した専用ミラーが光子の送受信を担います。
画像処理なしで「角」を見つけるメタサーフェス——低消費電力の動体追跡へ（香港城市大／南京大）
ハチなどの動物は図形の「角」を素早く捉えて世界を認識しています。香港城市大の蔡定平教授らは南京大と共同で、方位角ヒルベルト変換を行うメタサーフェスを用いて、光学的に角検出を行う手法を開発しました。デジタルの画像処理を経ずに光が素子を通る段階で特徴抽出が終わるため、高速かつ低消費電力の光情報処理が可能になり、動体追跡への応用が示されています。特定の用途に限らない汎用的な枠組みとして設計されている点も特徴です。Science Advances掲載。
水素を重水素に置き換えて低損失に——チップ上で赤外パルスを広帯域光へ（シンガポールA*STAR）
レーザーは色が純粋なことが強みですが、分光やイメージングの用途では逆に「一度に広い波長域を含む光」が求められます。これを担うのがスーパーコンティニウム光です。A*STAR微小電子研究所のシリコンフォトニクス部門は、窒化シリコン導波路の水素をより重い同位体である重水素に置き換えることで損失を下げ、8インチウェハ上に低温プロセスで作製しました。赤外レーザーパルスを可視の赤から深赤外まで1オクターブにわたって広げる動作を確認し、CMOS互換プロセスでの量産にも道を開いています。Optics Express掲載。
極細ワイヤの限界を超える——線幅を約100倍にした超伝導単一光子検出器（米NIST）
単一の光子を1個ずつ数えられる超伝導ナノワイヤ単一光子検出器（SNSPD）は、量子通信や深部組織イメージング、暗黒物質探索などで使われ、NISTの素子は入射光子の98%を検出できるところまで来ています。一方でナノメートル級の微細加工が欠かせず、ワイヤの端に生じる加工欠陥が流せる電流を制限して性能の頭打ちを招いていました。研究チームは発想を変え、超伝導ワイヤの幅を0.1mm（従来の約100倍）まで太くした素子でも単一光子を検出できることを示しました。特殊な微細加工に頼らずに済むため、作りやすさと性能の両立が期待されます。Optica掲載。
てんかん発作が脳を伝わる様子を毎秒4ボリュームで立体撮影（米ジョージア大）
発作は数秒で脳を駆け抜ける激しい電気活動のため、その伝わり方を三次元で追うのは困難でした。ジョージア大の研究チームは、ライトシート顕微鏡の連続走査に補償光学の設定を同期させる方式を考案し、可変焦点レンズが広い体積を撮る際に生じる収差を補正しながら毎秒4ボリュームの撮影を実現しました（従来比約7倍の速度）。ゼブラフィッシュ幼生では、発作が脳の後方で始まって視覚情報を扱う中脳へ広がり、約15秒でピークに達して前方へ収束していく様子が捉えられています。Biomedical Optics Express掲載。
ライトシート顕微鏡で、透明化したラットの脳全体を蛍光タンパク質を目印に立体観察した研究です。
アルミ箔をレーザーで切り出して高価なテラヘルツ用偏光子を置き換える——基板なしの自立ワイヤグリッドを最短15秒で（豪ANU／TMOS）
テラヘルツ帯の実験に欠かせないワイヤグリッド偏光子は、1個あたり数千ドルと高価なうえ、クリーンルームでのリソグラフィか、細いタングステン線を1本ずつ巻く古典的な方法で作られてきました。豪州国立大学（ANU）のTMOSのチームは、市販のアルミ箔にナノ秒レーザーのパルスを精密に制御して照射し、支持基板を持たない自立した金属グリッドを最短15秒で切り出すことに成功しました。エネルギーが強すぎると微細な線が座屈し、弱すぎると箔が切れないため、加工条件の見極めが鍵になったとしています。大面積の素子も1〜2分で作製でき、偏光制御素子の低コスト化につながる可能性があります。アルミ箔は実用強度に乏しいため、現在はタングステンや銅など耐久性のある材料への展開を進めています。Optics & Laser Technology掲載。
米粒サイズのチップで「光の虹」を作りミリ波を多波長同時に生成——6G通信と精密な時刻同期へ（英ラフバラ大）
ミリ波は広い帯域を使えるため次世代通信で注目されていますが、必要な精度と安定性で発生させることが課題でした。ラフバラ大学らの国際チームは、チップ上のマイクロ共振器と長い光ファイバのループを組み合わせ、レーザー光が両者を循環し続ける構成にすることで、等間隔に並んだ光の周波数コム（マイクロコム）を安定に発生させました。装置の横で人が跳びはねても状態が崩れないほど頑健で、各周波数の強弱も制御できます。得られたコムを専用アンテナでミリ波に変換したところ、コム側の精度と安定性がミリ波側にも受け継がれることを確認しました。光共振器を用いた本方式は、6Gの大容量通信のほか、レーダー・分光・天文観測、さらに量子技術が求める精密な時刻同期への応用が視野に入ります。Nature Communications掲載。
気体そのものをレンズにして極端紫外の強い光を整形——ビームの向きと波長分布を同時に操る（独マックス・プランク核物理学研究所）
極端紫外（XUV）やX線の光は、ガラスなど通常のレンズやプリズムに強く吸収されてしまうため、可視光のように自在に曲げたり分けたりする部品がほとんどありません。MPIKらの国際チームは、ヘリウムガスを詰めたセルに自由電子レーザー（DESYのFLASH）の強いXUVパルス（光子エネルギー21.2 eV、ヘリウムの1s–2p遷移に対応）を集光。強い光が原子の準位間で電子を高速に行き来させる「ラビ振動」を起こし、ビーム中心ほど強度が高いことから屈折率に半径方向の分布が生じ、ガスの塊が時間とともに変化するレンズやプリズムとして働くことを示しました。共鳴付近の光ほど外側へ大きく曲げられ、スペクトルは共鳴の上下に二つの山を持つ形へと変化します。アト秒領域の短波長パルスの形と色を制御する手段として、化学反応の制御や高分解能分光への応用が期待されます。Science Advances掲載。
色のついた光の「明るさ」は測定値とずれる——約100年続く測光の基準を見直す提案（独ギーセン大）
照明やディスプレイの明るさは、人の目の感度曲線で重み付けした測光の考え方（SI単位のカンデラ）で表されます。ギーセン大を中心とする国際チームは、観察者に144色の色票を明るい順に並べてもらう手法で大規模にデータを取得し、色の明るさの見え方を調べました。その結果、赤・緑・青の重み付き成分のうち「最大の一つ」だけを取るという単純な規則が判断の95%以上を説明し、輝度やCAM16などの既存モデルを上回りました。とくに彩度の高い色や青色成分は、測光値が示すより明るく見えるといいます。脳波計測でも、速い明滅では従来の輝度に、ゆっくりした変化では新しい規則に応答が従いました。ランプの表示や画面の校正、屋内外の照明設計に影響しうる結果です。PNAS掲載。
3Dプリントしたセラミック導波路で高出力レーザーへ——ガラスファイバの10倍の出力を視野（米ローレンス・リバモア国立研究所）
高出力のファイバレーザーは、光を閉じ込めて増幅する石英ガラス製の導波路（コアとクラッド）が心臓部ですが、熱の逃げにくさや不安定性が出力の壁になっていました。LLNLは、イッテルビウム添加YAG（Yb:YAG）のナノ粒子ペーストを押し出して立体形状を描く「ダイレクトインク・ライティング」により、コアと無添加クラッドを一体で成形した全セラミック導波路を作製。乾燥・焼結・熱間等方加圧で緻密化し、これまで短く品質も安定しなかったセラミック導波路の課題を改善しました。放熱性と耐熱性に優れる結晶セラミックにより、ガラスファイバ比で約10倍の出力が狙えるとしています。Optics Letters掲載。
光でDNA断片の長さを測る——振動分光と深層学習でゲノム解析を簡便に（英サウサンプトン大／英がん研究所）
血液中に出てくる腫瘍由来DNA（ctDNA）は健常な細胞由来のものより短く、断片の長さががんの進行や治療反応を測る指標として注目されています。ただし従来の電気泳動やシーケンス解析は装置が高価で、試料を消費してしまうという課題がありました。サウサンプトン大の光電子研究センターらは、ATR-FTIRによる赤外分光とラマン分光で得た振動スペクトルを1次元の畳み込みニューラルネットワークで解析し、標識を付けずに断片長の分布を推定できることを示しました。DNAメチル化の測定にも応用しています。ACS Measurement Science Au掲載。
ラマンスペクトルをグラフニューラルネットワークで解析し、分類の精度と判断根拠の見やすさを高めた研究です。
氷河に光ファイバを1本敷いて内部の亀裂を可視化——想定より多いクレバスを検出（スイス連邦工科大チューリッヒ校）
氷河の内部でクレバス（氷の裂け目）が開くと微小な地震が起こり、地震計でその位置を推定できます。しかし多数の地震計を氷河上に設置するのは高コストで、空間分解能も不足しがちでした。ETHチューリッヒらは、ゴルナー氷河の表面に光ファイバケーブルを1本敷設し、ファイバ自体を連続したひずみセンサーとして使う分布型音響センシング（DAS）で微小地震を観測。従来より高い空間分解能で、氷の内部に想定を上回る数のクレバスがあることを明らかにしました。融雪水が入り込んで崩落を早める恐れがあり、氷河の安定性評価につながります。Science Advances掲載。
ダイヤモンド量子センサーで交流・直流の電流校正を1つの装置に——電流比較器を大幅小型化（産総研・東京科学大・QST）
発電所や送配電設備の電流計測機器の校正を支える「電流比較器」は、交流用と直流用で測定原理も装置も別々でした。産総研らはダイヤモンド中のNVセンターを磁気センサーとして磁束の釣り合いを読み取る方式を開発し、同じ装置構成のまま交流・直流とも約5×10⁻⁸ A/Aの再現性を実証。国家標準に求められる水準を大きく上回ります。検出コイルが不要になったことで中心部のサイズは3分の1以下・質量は10分の1以下になり、交流と直流が混在する次世代電力網での校正の共通化・効率化が期待されます。
ダイヤモンドなどの色中心を磁気センサーとして使い、スピン波の分布を光で画像化する研究です。
量子メモリ間の「もつれ」を420kmまで延伸——従来記録の4倍超（中国科学技術大）
離れた量子メモリ同士を光子で結ぶ技術は、将来の「量子インターネット」の基盤です。中国科学技術大の研究チームは、光ファイバ420kmを隔てた2つの量子メモリの間に量子もつれを生成することに成功し、Physical Review Lettersに報告しました。ファイバ中ではガラスによる光子の損失が壁となり、量子メモリ間のもつれはこれまで約100kmが限界でしたが、これを4倍以上更新。都市間スケールの量子中継網に近づく成果です。
増やすのではなく「不要な光を抑える」——フォトニック結晶で単一光子源を改良（独ミュンヘン工科大）
量子通信に欠かせない単一光子源では、共振器で目的の周波数の発光を増幅する方式が主流ですが、狭い周波数範囲でしか働かず、光源ごとに精密な調整が必要でした。ミュンヘン工科大とミュンヘン量子科学技術センター（MCQST）は逆の発想で、フォトニック結晶により不要な周波数の発光を選択的に抑え込む手法を開発。共振器のような精密チューニングに頼らずに単一光子の質を高められる道を示しました。
フォトニック結晶の反射器を組み込み、炭化ケイ素中の色中心が放つ光を効率よく取り出す研究です。
脳腫瘍の境界を約30分で3D病理画像に——透明化×誘導ラマン散乱×AIの「ULTRA」（中国・復旦大）
手術中にがんの取り残しを防ぐには腫瘍境界の迅速な判定が重要ですが、従来の病理検査は切片作製と染色に時間がかかります。復旦大のチームは、組織の急速透明化、無染色で分子振動を捉える誘導ラマン散乱（SRS）顕微鏡、AIによる仮想染色を組み合わせた「ULTRA」を開発し、約30分でH&E染色に近い3D組織像を得る手法をCell誌に発表。神経膠腫（グリオーマ）の浸潤範囲の判定を助け、術中の意思決定に組織レベルの情報を提供することが期待されます。
毎秒20万発の超短パルスで「光の波の位置」を数時間安定に保つ（独オルデンブルク大・瑞ルンド大）
光の電場の山と谷のタイミングまで制御できれば、物質中の電子1個の動きを狙って操る実験が可能になります。オルデンブルク大のアト秒顕微鏡グループは、毎秒20万個の赤外超短パルスを発生しながら、パルス内での光波の位置が数時間にわたり安定に保たれるレーザーシステムを開発し、Applied Physics Bに発表しました。ノーベル賞受賞者アンヌ・ルイリエ率いるルンド大チームと詳細な特性評価を行い、高繰り返しの電子動力学計測に道を開きます。
磁石を使わない広帯域の集積光アイソレータ——波長の違う複数レーザーを1チップで保護（米NIST）
光集積回路のレーザーは戻り光で動作が乱れるため、一方向にだけ光を通すアイソレータが必要ですが、高性能なものは今もチップ外の大きな部品でした。米国標準技術研究所（NIST）などのチームは、磁性材料を使わず、4本の並列導波路に高周波の電気光学変調をかけて「回転する打ち消し合いの干渉」を作る進行波型アイソレータを、既存のファウンドリで作れる部品だけで実証しました。原理的に広い波長域で働くため、可視から近赤外まで波長の異なる複数のレーザーを同じ構成で保護できます。Nature Photonics誌掲載。
直径0.5mmの内視鏡に照明と顕微イメージングを1本で——3Dプリント微小光学（独シュトゥットガルト大）
光ファイバ束の先端に微細な光学系を光造形で直接つくり、照明用の光路と顕微イメージング用の光路を1本のファイバの中に同居させました。直径は約500マイクロメートルで、内視鏡を曲げても像が崩れにくく、毎秒数コマの撮影ができ、空気中と液浸の双方で動作が確認されています。従来は照明と結像で別々のチャンネルを組み合わせる必要があり、細径化の妨げになっていました。体内の細い管腔部を低侵襲に観察する内視顕微鏡の基盤技術として提案されています。
「光で解ける形」に問題を書き換える——大規模な組合せ最適化を光コンピュータへ（阪大）
交通網の計画やデータ分類など、社会の多くの課題は膨大な選択肢から最良解を探す最適化問題に帰着します。阪大の研究チームは、要素間の距離など空間的な関係で決まる幅広い問題に共通する数学的構造を見いだし、レーザー光の空間パターンで多数の変数を並列に表す方式などの光コンピューティングで扱いやすい「畳み込み形式」へ変換する枠組みをCommunications Physicsに発表。高速フーリエ変換による高速化も可能で、施設配置やデータクラスタリングの問題で有効性を確認しました。
光でシャッターを切って濃霧や深部組織を透かして見る——近赤外を可視光に変える薄膜ゲート（米ロチェスター大）
近赤外光は可視光より組織や霧の奥まで届きますが、深部では散乱に負けて像がぼやけ、検出にも高価な材料の素子が要ります。ロチェスター大のRobert Boyd研究室は、酸化インジウムスズ（ITO）の薄膜に超短パルスを当てて約1ピコ秒だけ「開く」時間ゲーティングを用い、まっすぐ届いた光だけを選んで可視光へ変換する方式を実証しました。安価なシリコン検出器で受けられるため、医用イメージングや自動運転のセンシングの低コスト化につながります。
光子を3つ同時に干渉させて「光子の品質検査」を高精度化（オランダ・トゥエンテ大）
量子技術では光子どうしがどれだけ「そっくり」かが性能を決めるため、1987年以来ホン・オウ・マンデル干渉（2光子をビームスプリッタで出会わせる方法）で品質を測ってきました。トゥエンテ大のグループは2つではなく3つの単一光子を同時に干渉させることで、1回の測定から引き出せる情報量を増やし、従来法を雑音のない理想条件で行った場合よりも高い精度を得たとPhysical Review Lettersに報告しました。
重なった2つの試料を1回のスキャンで撮り分けるX線イメージング（豪モナシュ大）
X線のマルチモーダルイメージングは吸収に加えて位相や暗視野の情報も得られますが、扱えるのは一度に1試料でした。モナシュ大のMarie-Christine Zdora博士らは、重なり合った2つの物体の情報を1回の走査で分離・再構成する「dual-sample multimodal imaging（DSI）」をOpticaに発表しました。追加のスキャンが要らないため、微小電子部品の検査や材料科学、ライフサイエンスなど、検査速度が重要な現場での効率向上が見込まれます。
模様を繰り返さないフォトニック結晶レーザー——設計の自由度を広げて波長を選べる半導体レーザーへ（米イリノイ大アーバナ・シャンペーン校）
フォトニック結晶面発光レーザー（PCSEL）は、同じ微細模様を面内で繰り返して光を閉じ込め、面から真上にビームを出す半導体レーザーです。この繰り返しが前提だったため作れる模様の自由度が乏しいという課題がありましたが、研究チームは模様が繰り返さないフォトニック準結晶を用いた素子（QPCSEL）を、誘電体を埋め込む独自プロセスで試作しました。設計の幅が広がることで、発振波長を選びやすく信頼性の高い半導体レーザーにつながると期待されます。
分子を「風車」のように並べて光のねじれ方向を決める（韓国KAIST・忠南大ほか／理研）
右回り・左回りに回転しながら進む円偏光は、回転方向ごとに別の情報を運べるため、次世代ディスプレイや光通信、セキュリティ用途の光源として注目されています。KAISTの尹東基教授らのグループは、理化学研究所や忠南大学校・亜洲大学校・延世大学校と共同で、それ自体は左右対称な分子を微小な「風車」状に空間配置することで、狙った回転方向の円偏光を得るプラットフォーム技術を開発しました。特殊な材料を新たに合成しなくてよい点が実用上の利点です。
バラバラに見える材料でも散乱の向きを設計する——「非エルミート統計結晶学」（韓国ソウル大／ソウル市立大）
光の散乱の制御は、レンズの反射防止コートやディスプレイの拡散板、車載LiDAR、光通信部品の性能を左右します。従来は原子や微細構造が規則正しく並ぶ結晶構造が主な手段でしたが、ソウル大学校のSunkyu Yu・Namkyoo Park両教授らは、屈折だけでなく吸収と増幅も含めて扱う理論「非エルミート統計結晶学」を提案しました。近くでは不規則に見えて広い範囲では均質なハイパーユニフォーム構造に着目し、特定方向の散乱を抑えつつ別方向では強めるという設計指針を示しています。
ガラスを「平たく」引くだけで圧力感度1000倍——リボン状の扁平光ファイバをセンサーそのものにする（スウェーデン王立工科大学KTH／英サウサンプトン大学）
光ファイバは通常、断面が円形で光を運ぶ役割に徹する。KTHとサウサンプトン大の共同研究は、円形ファイバを後から潰すのではなく、最初から高アスペクト比のリボン状（扁平）に線引きし、レーザー加工で内部に空気孔や金属充填の微細構造を作り込む手法を開発した。試験では標準的な円形ファイバに比べ圧力感度が最大1000倍に達し、内部にスズ合金を充填した版では温度感度も向上した。既存の光学系との接続互換を保ったまま光ファイバセンサの感度を大きく引き上げられるため、複合材料や電池セル内部のひずみ・圧力・温度の監視への応用が見込まれる。成果は Nature Communications に掲載。
電極を付けずに「鏡像の材料」の違いを光で測る（イスラエル・ヘブライ大）
右手と左手のように鏡像の関係にある「キラル」な材料は、円偏光の回転方向によって応答が変わります。ヘブライ大学のグループは、キラルな2次元ペロブスカイトに光を当てたときに生じる電荷の分離を非接触で捉える手法を開発しました。従来のように金属電極を付けて素子に仕立てる必要がないため、電極や配線の影響を受けずに材料本来の電子的な性質を短時間で評価できます。円偏光と電荷・スピンを組み合わせた素子の材料探索に役立つと見込まれます。
「教科書の限界」を超えたX線発生——ヘリウムの2電子が同時に光を放ち、高次高調波のカットオフを突破（オーストリア・ウィーン工科大学／米カリフォルニア大学サンディエゴ校）
強いレーザー光を原子に当てると、いったん引きはがされた電子が戻る際にX線領域の超高周波パルスが生じる（高次高調波発生）。この過程には理論上のエネルギー上限「カットオフ」があるとされてきたが、両大学の共同実験はヘリウム原子を使い、2個の電子が同時にエネルギーを放出する経路を利用して従来の上限を大きく上回るX線の発生を確認した。成果は Nature Photonics に掲載。より短波長・高エネルギーな実験室サイズのX線源につながる可能性がある。
光で「電子の結晶」の内側を覗く——ウィグナー結晶の集団運動を反射光から読み取る（スイス・バーゼル大学／独ミュンヘン工科大学）
電子同士の反発だけで規則正しく並ぶ「ウィグナー結晶」は、内部でどのように動き、外からの刺激にどう応じるかを調べる手段が乏しかった。研究チームは単層のセレン化タングステンを絶対零度近くまで冷却し、光を当てて反射光を測定。光で生じた励起子と規則配列した電子が結びついた準粒子「ウィグナー結晶ポラロン」が高感度なプローブとして働き、これまで届かなかった集団運動の情報が得られた。Nature Physics に掲載。
皮膚を通る光で心の状態を測る——血流と代謝の光計測でストレス・不安の兆候を捉えるウェアラブル（英アストン大学）
英アストン大学のEdik Rafailovらは、皮膚に当てた光から「微小循環」と「組織代謝」を同時に読み取り、ストレス関連の状態を客観的に評価しようという装着型デバイスを実証しました。用いたのは2つの光計測です。ひとつはレーザードップラー血流計で、850nmの微弱なレーザー光が動いている赤血球に散乱されて受ける周波数変化から血流を測ります。もうひとつは365nm励起の蛍光分光で、補酵素NADHの自家蛍光強度を組織の代謝状態の指標とします。18〜94歳・19か国の成人132名を対象に、標準的な21項目の質問票による評価と突き合わせたところ、2つの光信号とアンサンブル学習の組み合わせで、ストレス症状のある人とない人を「中程度の精度」で区別できました。研究チームは質問票を置き換えるものではなく補完するものと位置づけており、うつや不安の診断に使えるものではない、より大規模な臨床検証が必要だと明言しています（Communications Medicine 掲載、2026年8月11日）。
「うそをつく鏡」——映したものを別の絵にすり替える回折ミラー（米カリフォルニア大学ロサンゼルス校）
鏡は普通、前に置いたものをそのまま映します。UCLAのAydogan Ozcanらは、反射鏡と、深層学習で位相分布を最適化した回折光ニューラルネットワーク型の構造化サーフェスを組み合わせ、入力画像が持つ情報を隠して、あらかじめ決めておいた「ありふれた別の絵」に置き換えて出力する「うそをつく鏡（lying mirror）」を実証しました。変換はコンピュータによる画像加工ではなく、光の回折と受動的な光—物質相互作用だけで行われるため、いったん回折面を作製してしまえば計算処理は不要です。学習に使っていない別種の画像群を入れても同じダミー画像に変換でき、汎化することを確認しました。セキュリティや防衛、監視対策、エンタテインメントなどの用途を想定しています（Nature Communications 掲載、2026年8月10日）。
焦点そのものを光速で走らせて電子を加速——「フライングフォーカス」でレーザープラズマ加速器の壁を破る（米ロチェスター大レーザーエネルギー研究所）
レーザープラズマ加速器は、超短パルスの高強度レーザーをガスに集光してプラズマの粗密波（航跡場）をつくり、その波に電子を乗せて加速します。電界は従来の高周波加速器の数千倍に達しますが、光がプラズマ中でわずかに遅くなるため、光速近くまで加速された電子がやがて波を追い越し、それ以上エネルギーを得られなくなる「デフェージング」が到達エネルギーを縛っていました。ロチェスター大レーザーエネルギー研究所のCharlie Arrowsmithらは、焦点距離が半径によって変わる「アキシパラボラ」という特殊な反射鏡を自前で製作し、ピーク強度の位置が光速に近い速さで前方へ掃引されるパルス（フライングフォーカス）をつくることで、レーザー航跡場加速のデフェージングを解消しました。水素とアルゴンの混合ガスを使い、プラズマ密度が4.5〜5.4×1018 cm-3という狭い範囲にあるときにのみ効果が現れ、電子は396±14 MeVに到達。同じ条件で従来方式が到達する計算値185 MeVの2倍を超えました（Nature Physics 掲載、2026年8月8日）。
用途に応じて姿を変える光量子コンピュータ「Clavina」——線形光学と非線形モジュールを1台に同居（英インペリアル・カレッジ・ロンドン）
光子は量子情報の担い手として優れる一方、光同士がほとんど相互作用しないため、あらゆる計算をこなせる汎用機をつくるのが難しいという壁がありました。インペリアル・カレッジ・ロンドンのShang Yu、Raj Patelらは、現代のCPUが用途別のユニットを組み合わせるのにならい、中央の制御部がプログラム可能な線形光学ネットワークと専用の非線形モジュールの間で情報を振り分ける光量子コンピュータのアーキテクチャ「Clavina」を実証しました。時間ビンに符号化した光子を高速な電気光学変調器で切り替えることで、ハードウェアを作り直さずにモジュールを入れ替えるだけで異なる計算に対応できます。実証として、強く相互作用する多体系を扱うボース＝ハバード模型のシミュレーションと、誤り訂正の資源として重要なGKP（Gottesman-Kitaev-Preskill）状態の生成を行いました。従来の光方式ではGKP状態は確率的にしか作れませんでしたが、はるかに安定して生成できたとしています（Nature Photonics 掲載、2026年8月7日）。
数十億個しかない原子を光で測る——フェルミウム255の核の形をレーザー分光で決定（独マインツ大学／GSI・FAIR／スウェーデン・ヨーテボリ大学）
人工元素フェルミウム（陽子100個）は自然界に存在せず、実験に使えるのはごくわずかな原子だけです。マインツ・ヨハネス・グーテンベルク大学、GSI/FAIRヘルムホルツ研究所マインツ、ヨーテボリ大学を中心とする18機関の国際チームは、オークリッジ国立研究所とラウエ・ランジュバン研究所での数か月に及ぶ中性子照射でアインスタイニウム255を用意し、その崩壊で生じるフェルミウム255を約1000℃で蒸発させ、自作のTi:サファイアレーザーで共鳴イオン化しながら高分解能レーザー分光を行いました。電子準位の超微細構造を初めて分離して観測し、原子理論計算と組み合わせることで、この原子核がラグビーボール状に強く変形していることを決定。従来の文献値にあった非物理的な磁気双極子モーメントも修正しました。レーザー技術面ではHÜBNER Photonicsも参画しています。超重元素の安定性を予測する核模型の検証につながる成果です（Physical Review Letters 掲載、2026年8月7日発表）。
蛍光色素なしで細胞小器官を見分ける——ラマン分光と機械学習を組み合わせた「ラマノミクス」（米バッファロー大）
生きた細胞の中を見るには蛍光色素で標識するのが一般的ですが、色素は細胞そのものの振る舞いを変えてしまい、一度に見られる構造の数も限られます。ニューヨーク州立大バッファロー校のParas N. Prasadらは、色素を使わずに細胞の生化学組成を測る同大発の技術「ラマノミクス」に機械学習を組み合わせ、ラマンスペクトルの違いだけで細胞小器官を識別できることを示しました。まず蛍光標識で位置が分かっている状態で4種類の小器官のスペクトルを集めて教師データとし、複数の機械学習モデルを学習させたところ、ニューラルネットワークが最も良く、約90%の精度でどの小器官から得た信号かを判定できたということです。色素の準備が不要になることで手順が簡素になり、標識由来のアーティファクトが減って測定の信頼性も上がるとしています。病気の指標となる分子の探索や創薬、個別化医療への応用が期待されます（ACS Omega 掲載）。
鏡も発光層も「塗って」つくる固体ポラリトンレーザー——全工程スピンコートで強結合領域へ（フィンランド・トゥルク大）
固体レーザーの微小共振器は、真空蒸着など手間とエネルギーのかかる工程でつくられるのが普通です。トゥルク大のKonstantinos Daskalakisらは、光を閉じ込める両側の鏡と有機発光層のすべてを溶液からのスピンコートだけで成膜し、完全な溶液プロセスによる固体レーザー微小共振器を実現しました。膜の光学的な質が十分に高かったため、光と分子が強く結びついてポラリトンという混成状態をつくる強結合領域に到達し、ポラリトンレーザーとして動作します。さらに強く励起すると、発光が励起した場所の中心から外へ再分配されてリング状のパターンが現れ、共振器の光学設計によってその強さを制御できることも分かりました。ポラリトン同士の相互作用が肉眼で分かる形で現れた例で、簡便な作製法と合わせて非線形なポラリトン物理を調べる実験台になるとしています（Nature Communications 掲載）。
もつれ光子を同じレンズに3回通して分解能4倍——量子もつれ顕微鏡の改良（米カリフォルニア工科大）
米カリフォルニア工科大のLihong Wangらが、2023年に自ら実証した「一致計数による量子顕微鏡（QMC）」を改良し、通常の光学顕微鏡に対して分解能を4倍に高めました。量子力学では粒子の波長は運動量に反比例するため、量子もつれ光子対の一方は、実質的に元の光の半分の波長で結像するようにふるまいます。顕微鏡の分解能は波長が短いほど上がるので、これだけで2倍の改善になります。今回は、観察対象を通す信号光子はこれまでどおり1回だけ通し、対になるアイドラー光子のほうを同じレンズ対に3回通してから検出器へ導く構成にしました。これは磁場の印加と、光の偏光を制御する特殊なビームスプリッタを組み合わせて実現しています。装置構成と実験による検証は Science Advances に掲載されました（2026年8月6日）。
660nmレーザーで励起したAgGaS₂結晶から、中赤外まで波長を変えられるもつれ光子対をつくる研究です。
レーザーではなく「太陽光」から量子もつれ光子をつくる（カナダ・オタワ大／独マックスプランク光科学研究所）
量子もつれ光子の生成には、波の揃い方（コヒーレンス）が高いレーザーが不可欠と長く考えられてきました。オタワ大のRobert Boydらとマックスプランク光科学研究所のHanieh Fattahiらは、家庭の窓ほどの大きさのフレネルレンズで集めた太陽光を、全ガラス製の円錐形コンセントレーターで髪の毛ほどの太さの光ファイバーへ絞り込み、非線形結晶に入射させることで、自発パラメトリック下方変換により量子もつれ光子対を生成しました。太陽光は色も進む向きもばらばらですが、偏光の向きさえ揃えれば偏光のもつれは保たれる、という理論予測どおりの結果です。屋外実験で理想的なもつれ状態との一致度は約94%で、ベルの不等式の破れも確認されました。搭載レーザーなしで宇宙の太陽光から暗号鍵を生成する衛星などが用途として想定されています（Optica 掲載、2026年8月6日）。
非線形結晶の角度を調整して、中赤外の波長を連続的に変えられる光子対をつくる研究です。
揺れる「すりガラス」の間に挟まれた透明な物体を1枚の画像から復元（韓国KAIST）
ガラスやプラスチックフィルム、生きた細胞のような透明な物体（位相物体）は明暗の差がほとんど出ないため普通のカメラでは見えませんが、通り抜けた光の位相のわずかなずれを解析すれば形や光学的な厚みが分かります。この定量位相イメージングは無染色の細胞観察や半導体・ディスプレイの透明部材の検査に使われてきましたが、物体の前後にある散乱層が動いていると光路が刻々と変わり、正確な情報を得るのが困難でした。KAISTのMooseok Jang准教授らは、照明を手前の散乱層の一点に強く絞り込んだうえで、光が物体と散乱層をどう通るかを記述する光学モデルと、大量の学習画像を使わず物理法則から逆算して光路を推定するAIとを組み合わせ、たった1回の強度測定から物体の形状と厚み、散乱によるぼけの性質、物体の位置を同時に決定することに成功しました（Optica 掲載、2026年8月6日）。
直接は測れない光の位相を反復計算で補い、1枚のホログラムから物体の位相像を求める研究です。
ファイバーのごく一部を温めるだけで、低雑音の「白色レーザー」が2倍広く（デンマーク工科大）
広い波長域を連続して出すスーパーコンティニウム光源は「白色レーザー」とも呼ばれ、医用イメージングからガス検知まで幅広く使われますが、帯域を広げるほど強度のゆらぎ（雑音）が増えるという二律背反がありました。デンマーク工科大（DTU Electro）のAndrea Arduinらは、雑音を極めて低く保ったまま、使える波長域を0.86〜2.90μmへとほぼ倍増させました。鍵は「熱分散エンジニアリング」と呼ぶ手法です。通常は特性の異なるファイバーを継ぎ合わせてパルスを圧縮しますが、接続部で損失が生じ、系も複雑になります。研究チームは1本のファイバーのごく短い区間を加熱して内部の性質をわずかに変えるだけでパルスを整形し、より短く強いパルスから広い帯域を得ました。雑音は微弱な光を捉える感度を直接制限するため、分光やガスセンシング、医用イメージングの速度と感度の向上につながります（Optica 掲載、2026年8月6日）。
（光チップ上で位相整合を工夫し、204〜319nmの広い波長域の紫外光を作り出す研究です。）
近赤外レーザー1本で多色・局在精度0.6Å——「褪せない点滅」を持つナノ粒子による超解像顕微鏡U-STORM（米MIT／ブロード研究所）
一分子局在型の超解像顕微鏡（STORM）は蛍光分子の確率的な明滅を利用しますが、色素は褪色するうえ、多色化には複数のレーザーと精密な光軸調整、特殊な緩衝液が必要でした。MITとブロード研究所のSam Pengらは、ランタニドの組成を精密に設計した直径10nmのアップコンバージョンナノ粒子が、近赤外の連続光を当てるだけで自発的に、しかも褪色せず無期限に点滅し続けることを見いだしました。増感イオンと発光イオンの比を変えて赤と青に光る粒子を作り分け、近赤外レーザー1本で同時多色の超解像撮像（U-STORM）を実現。同じ粒子から8万8千回以上の局在イベントを積み上げられるため局在精度は0.6Åに達し、生理的な条件下でEGFR受容体の二量体・多量体の分布を可視化しています（Nature Nanotechnology 掲載）。
レーザーを当てている間だけ働きが変わるメタ表面——74フェムト秒で立ち上がり、別の光を最大13度振る（米カリフォルニア工科大／UCバークレー／テルアビブ大）
光の進む向きを変える素子は、電極の配線や機械的な可動部が速度と小型化の足かせになっていました。カリフォルニア工科大学らは、薄いシリコンのメタサーフェスにレーザーパルスを当てて光学定数を一時的に変化させ、別に通した光束の向きと形を制御しました。応答の立ち上がりは約74フェムト秒（1兆分の1秒の10分の1以下）で、光束を最大13度まで振り分けられ、当てる光の模様を変えるだけで異なる光のパターンを作り出せます。電極も可動部も持たない方式のため、超高速の光スイッチや作り替えのできる光回路に向けた土台になり得る結果です。
導波路を作らずに光を一方向へ流す——天然の双軸材料で起きる「プラズモン・カナリゼーション」（独シュツットガルト大／伊IIT）
光チップでは、光を決まった道筋に通すためにリソグラフィで微細な導波路を作り込む必要があり、これが製造コストを押し上げてきました。シュツットガルト大のHarald Giessenらとイタリア技術研究所のAntonio Ambrosioらは、二次元材料 MoOCl₂ の表面に金のナノアンテナを置いて赤外レーザーを当てるだけで、光（表面プラズモン）が細い帯に閉じ込められて一方向だけに伝わる現象を観測しました。この材料は結晶方位によって金属的にも誘電体的にもふるまう双軸材料で、その異方性そのものが「見えない導波路」の役割を果たします。励起波長を変えるだけで波面の性質が切り替わることも示され、約4μmでは強い一方向伝搬、5μmでは等方的な同心円状、3μmでは開いた双曲線状になりました。近接場の観察には走査型近接場光学顕微鏡（SNOM）を用いています（Nature Nanotechnology 掲載、2026年8月3日）。
（フェムト秒レーザーで二酸化バナジウムの表面に、向きのそろった周期的な微細構造を作る研究です。）
化学反応の引き金になる電子の動きをアト秒で追う——X線2発による吸収分光で反応初期を撮影（SLAC国立加速器研究所）
化学反応は電子の動きから始まりますが、その初期過程は極めて速く、時間を追って捉えることが困難でした。SLAC国立加速器研究所のチームは、X線自由電子レーザーのアト秒パルスを2発使い、1発目で分子から電子をたたき出して反応を起こし、2発目のX線吸収分光でその後の変化を読み取る手法で、分子内の電子運動を連続した「コマ」として記録しました。最初の1フェムト秒以内に起こるコスター・クロニッヒ崩壊、量子コヒーレンスによる電子の空孔の移動、そして約10フェムト秒後に始まる化学結合の変化という、時間スケールの異なる過程が分離して観測されています。実験結果が既存の計算模型と合わなかったため理論側で模型を改良しており、光化学反応の予測精度を高める成果としてNature Physicsに掲載されました。
出典：phys.org（SLAC国立加速器研究所／Nature Physics）
ダイヤモンド中のスズ空孔中心を電場センサーにして、近くの電荷が動く様子をナノ秒刻みで読み取る研究です。
室温より高い温度でも連続動作する半導体メーザー——炭化ケイ素の点欠陥スピンを光で励起（ヴュルツブルク大学）
メーザーはレーザーと同じ誘導放出の原理でマイクロ波を発生・増幅する装置ですが、極低温などの厳しい条件を必要とすることが多く、応用は限られてきました。ヴュルツブルク大学のチームは、パワーエレクトロニクスで量産されている炭化ケイ素の結晶からケイ素原子を抜いて点欠陥を作り、そのスピン状態を光で励起することで、室温を超える温度でも連続動作するメーザーを実現しました。マイクロ波が積み上がるための共振器のQ値を設計で高めたことが連続動作の鍵で、初期実験と数値計算では低雑音増幅器としての可能性も示されています。Nature Communications掲載。入手しやすい材料を使うため、小型で集積可能なメーザー装置につながると位置づけられています。
出典：phys.org（ヴュルツブルク大学／Nature Communications）
（炭化ケイ素の中で光る欠陥（色中心）を、反射構造と組み合わせて効率よく読み出す研究です。）
都市郊外の架空光ファイバ62kmで量子もつれを24時間配信——既存インフラ上の量子ネットワークへ（NIST／メリーランド大学）
米国立標準技術研究所（NIST）と、NIST・メリーランド大学の共同拠点JQI、企業Qunnectのチームは、メリーランド州郊外の電柱に架けられた既存の光ファイバ網62kmを使って、量子もつれ状態の光子対を配信する実験を行いました。架空ファイバは日中に伸び夜間に縮み、風や鳥が止まることでも揺れるため、光子の偏光に符号化した量子状態は容易に乱れます。チームは参照光を同じファイバに通して偏光の変化を測り、その逆変換を実時間で掛け戻す装置を用いることで、毎秒1,500組の光子対を送り、24時間のうち92.8%の時間で配信を継続できたとしています。Journal of Optical Communications and Networking掲載。量子専用のファイバを新設せず、今のインターネットを支える設備をそのまま使える点に意義があるとされています。
出典：phys.org（米国立標準技術研究所（NIST）／Journal of Optical Communications and Networking）
AgGaS₂結晶に660nmの光を当て、波長を変えられる中赤外の光子対をつくる研究です。
心筋梗塞の傷あとを光で描き分ける——組織の性状と電気信号を同時に全周撮像（ジョージ・ワシントン大学）
心筋梗塞のあとに残る瘢痕組織は、拍動をそろえる電気信号の伝わり方を乱し、不整脈の一因になります。ジョージ・ワシントン大学のチームは、6台のカメラと7個のLED照明で摘出灌流心を多方向から捉え、365nm照明によるハイパースペクトルイメージングで組織の種類を、520nm照明と電位感受性色素の蛍光（光学マッピング）で膜電位を、同じ座標系で記録する装置を作りました。傷あとに蓄積するコラーゲンの分光応答が強いことを手がかりに、健常心筋・梗塞部・その境界を区別でき、境界付近から異常な拍動が始まる様子や、興奮波が瘢痕を迂回し、瘢痕内では遅れたり止まったりする様子が観察されました。Journal of Biomedical Optics掲載。線維化や心不全、加齢に伴う変化の解析にも使えるとしています。
出典：optics.org（ジョージ・ワシントン大学／Journal of Biomedical Optics）
中赤外の吸収を532nmのプローブ光で読み取り、生きた細胞を広い視野で成分ごとに画像化する研究です。
2種類の原子を同時に冷やす小型レーザー系——微小重力下で混合ボース=アインシュタイン凝縮を生成（マインツ大学ほか）
マインツ大学（JGU）、ベルリン・フンボルト大学、フェルディナント・ブラウン研究所のチームは、ルビジウムとカリウムという2種類の中性原子を同時にレーザー冷却し、ボース=アインシュタイン凝縮体（BEC）を作るための小型光学系を開発しました。装置MAIUS-Bとして、ハノーファー・ライプニッツ大学の落下試験設備「アインシュタイン・エレベーター」で微小重力下の実験に用いられ、この種の2種混合装置としては高い原子フラックスが得られたと報告されています。必要なレーザーや電子回路が倍近くに増えたにもかかわらず、搭載体積と質量をほぼ据え置いた点が特徴で、レーザーモジュールと真空槽をつなぐ光学ベンチには熱膨張の極めて小さいガラスセラミックス（Zerodur）を採用しています。Nature Communications掲載。
分子軌道を3次元で撮像——光電子分光とアルゴリズムで波動関数の全体像を復元（ゲッティンゲン大学）
電子の波動関数は量子力学の基本量ですが、直接観測することはできません。ゲッティンゲン大学を中心とする研究チームは、光電子分光で放出電子の運動量分布を測って波動関数の「半分」にあたる情報を得たうえで、残りを数値アルゴリズムで補い、ナノメートルサイズの有機分子の分子軌道を3次元像として再構成しました。分子を構成する炭素原子どうしの間隔より細かい構造まで分解できたとしています。測定には研究室に設置できる軟X線の超短パルス光源を用いており、大型施設に頼らずに時間分解測定へ展開できる点も特徴です。成果はNature Communicationsに掲載され、将来的にはフェムト秒スケールで軌道の変化を追う「動画」につながると位置づけられています。
出典：phys.org（ゲッティンゲン大学／Nature Communications）
直接は測れない光の位相を反復計算で補い、1枚のホログラムから物体の位相像を求める研究です。
1つの光チップで2つの材料に役割を分担——コアでコム、クラッドでラマンを生む窒化シリコン共振器
多くの光チップは単一の材料で非線形光学効果を担うため、得られる機能に限りがありました。研究チームは、窒化シリコンのリング共振器（コア）と、それを囲むシリカのクラッドに別々の役割を持たせる設計を報告しました。コアでは四光波混合により周波数コムが生まれ、共振器から外側へしみ出した光がシリカと相互作用してラマン利得や第二高調波発生を担います。従来は受動的な層として扱われてきたクラッドを積極的に使う発想で、2つの材料の非線形性を組み合わせることにより、単一材料では届きにくい広い波長範囲のスーパーコンティニューム光を1つの素子から得られるとしています。成果はAdvanced Photonicsに掲載されました。
出典：phys.org（Advanced Photonics）
ダイヤモンドの共振器の中でラマン散乱を繰り返させ、波長を段階的にずらした光を作る研究です。
1本のレーザーでオングストローム級の位置決め——点滅し続けるアップコンバージョン粒子による超解像法（MIT／ブロード研究所）
1分子ずつ位置を推定する超解像顕微鏡では、蛍光色素の褪色や、点滅を起こすための薬液・光源の切り替えが実用上の制約になっていました。マサチューセッツ工科大学とブロード研究所の研究チームは、組成を作り込んだアップコンバージョンナノ粒子が、近赤外光を連続して当てるだけで自発的に、しかも褪色せずに点滅し続けることを見いだし、これを標識に用いる超解像法U-STORMを報告しました。光源は近赤外レーザー1本のみで、蛍光色素で一般的なナノメートル級を大きく上回るオングストローム級の局在精度が得られたとしています。成果は7月27日付でNature Nanotechnologyにオープンアクセス公開されました。
出典：phys.org（マサチューセッツ工科大学／ブロード研究所）
近赤外を吸収する色素とアップコンバージョンナノ粒子の間で、励起エネルギーがどう移るかを分光で調べた研究です。
1秒あたり252億画素——広い視野・高分解能・高速撮影を同時に満たす計算顕微鏡（カリフォルニア大学バークレー校）
顕微鏡では分解能・視野の広さ・撮影速度のいずれかを上げると他が犠牲になる関係が長く課題でした。カリフォルニア大学バークレー校を中心とする研究チームは、48個のイメージセンサーを並べた撮像面、専用設計の回折光学素子、復元アルゴリズムを組み合わせた計算顕微鏡を報告しました。センサーどうしの隙間に落ちるはずの光を位相マスクで各センサー上へ振り分け、圧縮センシングの考え方で欠けた情報を計算により補います。5平方センチメートルの視野で3マイクロメートルの分解能を毎秒120フレームで記録し、自由に動く多数の線虫を同時に追跡した例が示されています。煩雑な手動キャリブレーションが不要になる点も利点として挙げられています。
出典：phys.org（カリフォルニア大学バークレー校／Nature Photonics）
回折限界の1枚の画像から、雑音除去と計算処理で細かい構造を推定する超解像顕微鏡の研究です。
アト秒X線パルスは自ら与えた損傷を一部打ち消す——より明るく正確な回折イメージングへ（ハンブルク大学／SLAC）
X線自由電子レーザーで分子やナノ粒子を撮影する際は、強いX線が電子をはぎ取り、像を記録し終える前に試料がイオンと電子の雲に変わる「電子ブリーチング」が避けられない制約とされてきました。ハンブルク大学とSLAC国立加速器研究所を中心とする国際チームは、数百アト秒という従来の100〜1000分の1の短さのX線パルスをネオンナノ粒子へ照射し、損傷の進行を追い越すだけでなく、誘導放出によって電子が元の状態へ押し戻され、ブリーチングが部分的に打ち消される様子を観測しました。イオン化が抑えられながら信号は強くなり、X線と物質の相互作用を能動的に制御できる可能性を示しています。
光を消した瞬間に切り替わる——強誘電体結晶のナノ「バブル」ドメインを光で操る（フリンダース大学）
フリンダース大学を中心とする研究チームは、強誘電体単結晶PMN-PTの表面に電場で作った数ナノメートル規模の「バブル」ドメインが、光の照射中はほとんど変化せず、照射を止めた瞬間に急速に広がって結晶表面全体の電子状態を切り替える現象を報告しました。バンドギャップを超えるエネルギーの光を当てている間は表面付近に電子がたまり、光を切ると一気に放出されて反転が起こると説明されています。切り替えが消灯後に起こるため、照射し続ける従来の光制御デバイスに比べて発熱や消費電力を抑えられる可能性があるとしています。不揮発メモリやセンサーなどへの応用が視野に入ります。
出典：phys.org（フリンダース大学／Advanced Functional Materials）
強誘電体結晶の分域構造に電圧をかけ、回折のはたらきを切り替える光学素子の研究です。
人が描かない形が光を導く——逆設計で窒化ケイ素チップの部品を最大500分の1に（独マックス・プランク光科学研究所／米ハーバード大）
フォトニックチップには、波長ごとに光を振り分ける分波器、伝わり方（モード）を仕分ける素子、光を閉じ込めるミラーが必要です。ただし損失の小さい厚膜窒化ケイ素は屈折率の差が小さく、光を曲げたり分けたりするのに長い距離が要るため、部品が大きくなりがちでした。MPLとハーバード大は、「光に何をさせたいか」を先に指定して構造を計算機に自動探索させるインバースデザインをこの材料に適用。波長分波器を5×5μm角に、モード分波器を従来設計比で約500分の1の面積に収めました。数μm角のミラーは反射率98.5%を示し、2枚で挟むと光が100回以上往復する共振器になります。最小加工寸法や製造ばらつきへの耐性を最適化に組み込み、商用ファウンドリ工程と両立させた点も特徴です。Nature Communications掲載。
油と水の境目にできる「メニスカス」に光を当てて細い血管をつくる——人工組織のための光造形（大阪大学）
人工臓器を機能させるには、組織へ酸素と栄養を届ける血管網が欠かせません。毛細血管に相当する細い管や太い動脈を模した構造はつくられてきましたが、その中間をつなぐ「細動脈」規模の管をつくる方法が確立しておらず、人工血管網の未解決課題として残っていました。大阪大学大学院工学研究科の森島圭祐教授らは、細い流路の中で油とハイドロゲル前駆液の界面にできる湾曲した液面（メニスカス）を利用する光造形手法を開発しました。この曲がった界面に紫外光を当てると、流路の壁に沿ってリング状にゲルが硬化します。位置を少しずつずらしながらこれを繰り返すと、リングが連なって中空のチューブ状ハイドロゲルが連続的に形づくられます。型を使わないため管の太さや形を柔軟に変えられ、人工組織に血管網を組み込む技術としての応用が期待されます。
卓上の光ファイバリングで非可換ゲージ場を再現——光が示す「震え」の運動（香港大学）
強い力・弱い力を記述する非可換ゲージ理論は操作の順序で結果が変わる点が特徴で、細かな予言を確かめるには大型加速器が必要とされてきました。香港大学の研究チームは、光ファイバのリング共振器と電気光学変調器で周波数方向の格子（合成次元）を作り、偏光を調整することで非可換な性質をもつ合成電場を実現しました。注入した光パルスの周波数重心が前後に震える様子が観測され、ディラック方程式が予言する電子のツィッターベヴェーグング（震動運動）に対応する現象として報告されています。格子は電気的に書き換えられるため、周波数領域の信号処理や量子計算の模擬実験への展開も期待されています。
出典：phys.org（香港大学／Physical Review Letters）
液晶の欠陥構造をマイクロ共振器に閉じ込め、光渦が基底状態になるレーザー発振を実現した研究です。
ダイヤモンドに新種の発光欠陥「IL1」——格子振動から切り離された単一光子源へ（イリノイ大学）
ダイヤモンド中の色中心（カラーセンター）は単一の光子を出す量子光源として有望ですが、結晶格子の細かな振動（フォノン）に乱されて発光がぼやけるため、多くは絶対零度近くまで冷やして使う必要がありました。米イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の電気・計算機工学科のグループは、ナノダイヤモンド中に新しい色中心「IL1」を見つけ、Nature Communicationsに報告しました。IL1は結晶全体の多数の振動と結びつくのではなく、局所的なひとつの振動モードとだけ結合するため、周囲が揺れていても発光が保たれます。研究チームはこれを、高速で走る磁気浮上列車の中でグラスの水面が静かなままである様子にたとえています。冷却の負担を減らした単一光子源や、その振動自体を量子の資源として使う道につながると期待されます。
出典：phys.org（イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校／Nature Communications）
ダイヤモンド中のスズ空孔色中心を、スピンを乱さずに短いパルスで励起する手法の研究です。
「一方通行の光」を境界だけでなく材料内部でも——4本の信号を同時に流す新しい光の道（香港科技大学）
光を一方向にだけ進ませ、曲がり角や欠陥があっても後方へ散乱させない伝搬はトポロジカルフォトニクスの代表的な性質ですが、これまでは性質の異なる2つの「トポロジカル絶縁体」領域の境界にしか現れず、材料の大部分は光の通り道として使えませんでした。香港科技大学のXiaohan Cui氏、Che Ting Chan氏らを中心とする中国の研究グループは、そうした絶縁体領域を用意しなくても材料内部（バルク）そのもので一方通行の伝搬を実現する方法をNatureに報告しました。使える領域が広がったことで、4本のマイクロ波信号が互いに干渉せず同時に同じ構造を通過することを実証しています。1つの経路で運べる情報量を増やせる可能性があり、光集積回路や通信部品への応用が検討されています。
出典：phys.org（香港科技大学／Nature）
窒化ケイ素の導波路にBBO結晶を貼り合わせ、204〜319nmの紫外光を広く発生させたチップの研究です。
濁った組織の奥をリアルタイムで見る——非線形変換と物理を組み込んだ機械学習の組み合わせ（UCLA／ロチェスター大学）
生体組織や濃い霧のように光を強く散乱する「複雑媒質」の内部を見ることは、バイオイメージングでも産業用の視覚システムでも共通の難題です。ロチェスター大学は以前、散乱して出てきた光のうち特定の光子だけを通し、近赤外から可視域へ変換して安価なシリコンカメラで撮像できる特殊な膜を開発していました。今回、同大学とUCLAの共同チームはこれを発展させ、四光波混合と、材料固有の「エプシロン・ニア・ゼロ」波長での波長変換を使った非線形計測に、深層学習の枠組み「DeepTimeGate」を重ねた撮像法をLight: Science & Applicationsに発表しました。まず数学的に像を再構成し、続いてUCLAが開発した第2段階が物理法則に照らして妥当かを高速に検算する二段構成で、散乱の条件を変えた各種の試験で画質の指標が向上したと報告されています。
出典：optics.org（UCLA／ロチェスター大学／Light: Science & Applications）
（揺らぎながら散乱する媒質の向こう側にある対象を、行列を使った計算で像として復元する研究です。）
レーザーが材料を蒸発させる「反動」で切込み深さを測る——加工の実時間モニタリング（千葉大学）
半導体ウェハーからチップを切り出すレーザーダイシングは、機械的な刃に比べて壊れやすい材料も少ない応力で加工できますが、パルスが足りなければ切り残し、多すぎれば材料や保持テープを傷めるため、加工深さの管理が歩留まりを左右します。既存の深さモニタ手法は生産ラインで使うには遅い、あるいは壊れやすいという課題がありました。千葉大学大学院工学研究院の比田井洋史教授らのグループは、キスラー・ジャパンと共同で、レーザーパルスが材料表面を急激に加熱・蒸発させるときに生じる微小な「反動力」を高感度なロードセルで捉え、そこから加工深さを推定する手法を提案しました。25ナノ秒のパルスでシリコンに穴あけ加工を行う実験で、反動力がパルスごとに予測可能な振る舞いを示すことを確認しています。成果はOptics and Laser Technology誌に掲載予定です。
出典：optics.org（千葉大学／Optics and Laser Technology）
（レーザーで励起した超音波を使って、金属円柱の表面にある微小な亀裂を自動で見つける研究です。）
アルゴリズムが設計した窒化シリコン素子は従来の約500分の1——高密度な光集積回路へ（ハーバード大学／マックス・プランク光科学研究所）
光を扱う集積回路は、光ファイバと導波路をつなぐグレーティングカプラや、光を一時的にためて強度を高めるリング共振器など、多数の部品からできています。従来これらは既知の形状を出発点に技術者が少しずつ寸法を調整して設計するため、手間と時間がかかっていました。ハーバード大学工学応用科学大学院（SEAS）とマックス・プランク光科学研究所の共同チームは、計算機が構造そのものを最適化するインバースデザイン（逆設計）を窒化シリコン（SiN）に適用し、波長分離素子・モードソータ・ミラーという3種類の機能素子を、従来設計の約500分の1という大きさで作製したとNature Communicationsに報告しました。硬貨ほどのチップに数百個を並べられる密度で、量子フォトニクス回路をはじめとする光集積回路の高性能化につながると期待されます。
出典：optics.org（ハーバードSEAS／マックス・プランク光科学研究所／Nature Communications）
（紫外域の天体分光器のために、光を波長ごとに分ける透過型の回折格子を高効率で作る研究です。）
「時間」方向にも周期をつけた光の結晶——テラヘルツ帯で「フォトニック時間結晶」を世界初実証（仏エコール・ポリテクニーク／独HZDR）
フォトニック結晶は屈折率を空間的に周期配列して光の流れを制御しますが、その周期を「時間」方向にも作るとどうなるか——エコール・ポリテクニーク、コレージュ・ド・フランス、ヘルムホルツ・センター・ドレスデン・ロッセンドルフ（HZDR）の国際チームが、光学特性をピコ秒周期で強く変調するフォトニック時間結晶を全光学的に実現したとNatureに発表しました。素子は金の層とインジウム・アンチモン半導体からなる周期的な凹凸構造（プラズモニック・メタマテリアル）で、半導体表面に生じる表面プラズモンが光を捕らえて振動を保ちます。ここへHZDRの超放射テラヘルツ光源TELBEから位相の揃った強いテラヘルツパルスを当てると、反射率などの光学特性が、光自身の振動周期に匹敵するピコ秒スケールで大きく変調されました。「強く」かつ「速く」変調することは難しく、これまで実証例のなかった領域です。増幅や発振につながる新しい原理として、超高速の光計算や通信、将来のテラヘルツレーザーへの応用が期待されます。
道路標識や木の幹の反射を「鏡」代わりに使う、離れた場所の化学エアロゾル検知（米PNNL）
離れた場所の有害物質を光で調べる遠隔分光は、測定したい場所に反射鏡を設置する必要があり、現場では使いにくいという問題がありました。米パシフィック・ノースウェスト国立研究所（PNNL）のTim Johnsonらは、道路標識・木の幹・外壁・車の塗装面といった身の回りの面からの拡散反射を利用し、空中に漂う化学エアロゾルを赤外分光で同定する装置を開発したとApplied Opticsに報告しました。サイディングや標識など約50種類の一般的な材料の反射率を実測し、鏡ほど反射率が高くなくても十分な信号が得られることを確認。距離に応じて出射ビームを自動調整し、戻ってくる光を効率よく集める赤外レーザー・望遠鏡系も組み合わせています。危険物質の代替物質であるセバシン酸ジエチルや、炭酸カルシウムのエアロゾルを検出・同定できました。工場や大規模イベント会場での漏洩検知などを想定しており、今後は粒径分布の広い試料や複雑な混合物への対応を進めるとしています。
出典：phys.org（PNNL／Applied Optics）
水中の懸濁粒子を、後方散乱光の偏光の変化から遠隔で見分けるライダーの研究です。
常温セシウム原子と量子ドット——まったく別種の光源から「区別できない光子」を発生（韓国・釜山大／UNIST）
大規模な量子ネットワークには量子メモリと相性のよい光源が要りますが、半導体の単一光子源である量子ドットは発光波長がばらつき保存に向かず、原子系は周波数基準やメモリに優れる一方で使い方に制約があります。釜山大学のHan Seb Moon教授とUNISTのJe-Hyung Kim教授らは、温かいセシウム原子気体セルとInAs/GaAs量子ドットという、物理的にまったく異なる2つの独立した光源から出た単一光子どうしで、直接の2光子干渉（ホン・オウ・マンデル効果）を観測したとLight: Science & Applicationsに発表しました。検出系の時間分解能を補正した干渉可視度は0.65±0.14で、両者の光子が互いに区別できないことを示しています。スペクトルや時間波形をそろえる追加の加工を行わずに達成した点が特筆されます。光子を作る側と保存する側を別々の材料系が担う「ハイブリッド量子ネットワーク」への道を開く成果です。
出典：phys.org（Pusan National Univ.／UNIST）
プログラムできる集積光回路の上で、単一光子や2光子の量子光が吸収される様子を再現し、位相で切り替えた研究です。
大気の乱れでねじれ模様が崩れても情報は残る——もつれ光の「トポロジー」に注目（南アフリカ・ウィットウォータースランド大）
光の軌道角運動量（ねじれ）は無限に近い種類の「文字」を作れるため大容量通信の有力候補ですが、悪天候や大気の乱流を通ると模様が崩れてしまうことが長年の障壁でした。南アフリカ・ウィットウォータースランド大学のAndrew Forbesらは、模様そのものではなく、そこに埋め込まれた数学的な性質＝トポロジー（大きく変形しても保たれる量）に注目しました。強い乱流を通したもつれ光子を測定したところ、ねじれ模様が大きく劣化し従来の量子相関の指標が落ちる条件でも、トポロジカル不変量は保たれたままであることをPhysical Review Lettersで示しました。頑丈になるよう特別に設計した光ではなく、量子光を作れば自然に備わっているねじれ構造から不変量が組み立てられている点が新しく、追加の手間がかかりません。実環境での高次元な量子通信の可能性を改めて開く成果です。
1枚の発光層から青・緑・黄・赤——テルビウムを入れた窒化物LEDで4色を室温発光（大阪大学／立命館大学）
フルカラー表示には通常、赤・緑・青それぞれの発光素子が必要で、マイクロLEDでは別々に作ったチップを並べるため微細化が難しいという課題があります。大阪大学と立命館大学のチームは、窒化物LEDで既に広く使われている製法を用い、テルビウムイオンを含む窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）のLEDを作製。同じ発光領域から青・緑・黄・赤の4色を、室温・電流駆動で得たとApplied Physics Lettersに発表しました。アルミニウム組成を高めることで外部量子効率は最大10.3倍に向上し、窒化アルミニウムの下地層の上に成長させることで結晶品質と素子特性も改善しています。カラーフィルターを併用すると、同じ発光領域から赤・緑・青を個別に取り出せました。効率や色ごとの輝度制御にはまだ改良が必要ですが、スマートグラスなど小型・高精細ディスプレイや、新しい白色光源につながると期待されます。
出典：phys.org（University of Osaka／立命館大学）
エルビウム酸化物ナノ粒子を焼鈍して結晶相をそろえ、赤色発光を強める条件を調べた研究です。
角膜の変形を9か所同時に測る多点OCT——円錐角膜の早期発見へ（ポーランドICTER）
角膜が薄く変形する円錐角膜などでは、形が目に見えて変わる前に力学的な性質が変化します。ポーランドのICTER（国際眼科研究センター）は、VCSEL光源を使った波長掃引OCTの長いコヒーレンス長と、通信技術である空間分割多重を組み合わせ、角膜の中心1点と周辺8点の計9か所を1回の取得で同時に計測する試作機を開発したとBiomedical Optics Expressに報告しました。眼圧測定と同じ空気パルスで角膜を変形させますが、その応答は約20ミリ秒しか続かず繰り返せないため、各点を順番に走査すると時間的なずれが避けられませんでした。同時計測にしたことで、空気パルス後の変形が1つではなく明確に2つの段階に分かれることが直接観測されました。角膜の非対称性＝局所的な力学的弱さの評価につながり、他の軟組織の高速な力学計測への展開も見込まれています。
出典：optics.org（ICTER／Biomedical Optics Express）
ブリルアン顕微鏡とOCTを組み合わせ、動きを補正しながらヒトの皮膚の硬さを深さごとに測る研究です。
超短パルスの泡で「自分を洗う」ナノ空隙センサー——血清中でも24時間、感染の兆候を検出（米バージニア工科大）
分子を高感度に捉えるセンサーは、血液や体液中のタンパク質が表面に付着して数時間で感度を失うのが弱点でした。バージニア工科大学のWei Zhouらは、幅10ナノメートル以下の微小な空隙を並べた柔らかいセンサーに超短パルスレーザーを当て、空隙内に生じるキャビテーション気泡の局所的な熱で付着物を穏やかにはがす「自己再生」の仕組みを作り、Advanced Scienceに発表しました。狭い空隙で強く増強される表面プラズモンが高感度の源ですが、同じ狭さが目詰まりの原因にもなっていました。ヒト血清に24時間さらしたセンサーは、再生処理のあと感度を取り戻し、緑膿菌が作る感染の指標分子ピオシアニンを検出。再生を繰り返しても性能を保ちました。慢性創傷の見守りに加え、水質監視や手術中の組織判別への応用も視野に入れています。
出典：optics.org（Virginia Tech／Advanced Science）
電位を制御しながらSERSを行い、繰り返し使えるフローセルで複数の分析対象を高速に検出する研究です。
溶液から作れるペロブスカイトで「電気駆動ポラリトンレーザー」を初実証——60年来の課題に解答（露スコルテック／ITMO大）
同じスコルテックのグループが直前に報告した「強結合⇄弱結合の遷移を1枚の共振器で連続観測」（Nanophotonics）は光励起でしたが、こちらは電気を流して発振させた点が新しい成果です。スコルコボ科学技術大学（Skoltech）とITMO大学らが、溶液プロセスで作製したハライドペロブスカイト微結晶を用い、直流電流を流すだけで発振する「ポラリトンレーザーダイオード」を世界で初めて実証したとNatureに発表しました。ポラリトンは光子と励起子が強く結合した準粒子で、ボース粒子的な性質により反転分布を必要とせず、従来の半導体レーザーよりはるかに低い注入密度でコヒーレント光を出せます。ただし溶液系半導体は大電流下の発熱で劣化するため、電気駆動のレーザーダイオード化は60年間の難題でした。研究チームは高フィネス微小共振器の中にペロブスカイト微板と単層カーボンナノチューブ薄膜電極を組み込み、2段階の冷却プロトコルで可動イオンの分布を凍結させて安定なp-i-n接合を形成。結晶格子を壊さずにキャリアを注入し、わずか60マイクロアンペアという低しきい値で連続直流駆動のポラリトン発振を確認しました。エピタキシャル成長に頼らない安価な光源として、光センシング・分光や高速計算への応用が期待されます（Nature 掲載、2026年7月29日）。
出典：phys.org（Skoltech／Nature）
ペロブスカイトに光を当てたときハロゲンのイオンがどこへ動くかを、電子顕微鏡の中で三次元的に描き出した研究です。
アト秒パルス2発だけで電子の動きを撮る——強い赤外光に頼らない「純アト秒」分光（独マックス・ボルン研究所）
ベルリンのマックス・ボルン研究所（Forschungsverbund Berlin）のチームが、ポンプ光とプローブ光の両方にアト秒の極端紫外パルスを使う分光法を実証しました。従来のアト秒計測は、アト秒パルスと強い近赤外パルスを組み合わせるのが一般的でしたが、強い赤外電場が測りたい系自体を乱してしまい、本来の電子応答が見えにくくなる問題がありました。研究チームは卓上の高次高調波源で約270アト秒のパルスを発生させ、精密な分割遅延光学系で遅延を独立に可変できる2発のパルスに複製。1発目でキセノン原子から電子を1個取り去り、2つの近接した電子状態の重ね合わせにあるイオンを生成し、生じた正孔の周期的な振動を2発目のパルスによる極端紫外吸収スペクトルの変化として記録しました。観測された約3フェムト秒の周期はスピン軌道分裂に対応するうなりと一致。分子内の電荷移動や光化学反応の初期過程を、系を乱さずに追跡できる分光法として期待されます（Nature Communications 掲載、2026年7月29日）。
結晶中の希土類イオン2個を光で選び分けて操る——通信波長で使える量子ネットワーク基盤へ（米プリンストン大）
プリンストン大学の研究チームが、結晶中で数ナノメートルしか離れていない2個のエルビウムイオン（Er³⁺）と、近傍の核スピンを、光を使って個別に区別しながら量子的に制御することに成功したとNature Physicsに発表しました。量子ネットワークは離れた装置（ノード）を結んで情報をやり取りする構想で、結晶中の原子欠陥は単一光子を放って情報を運べる一方、各ノードの内部でも情報を保持・処理する必要があります。そのためには近接した複数のスピンを見分けて操作する技術が要になります。研究チームは、個々のEr³⁺が光遷移・スピン遷移の周波数をわずかに違えている点を利用し、狙ったイオンだけを選択的に励起して2量子ビットとして扱えることを示しました。エルビウムは光ファイバー通信と同じ波長帯で発光するため、既存の通信インフラとの接続に有利です。同グループの以前の成果であるスピンと光子の量子もつれと組み合わせることで、拡張性のあるネットワークノードにつながると期待されます（Nature Physics 掲載、2026年7月29日）。
出典：phys.org（Princeton University／Nature Physics）
エルビウム酸化物ナノ粒子の結晶相を制御して、発光の強さを高める条件を調べた研究です。
「アインシュタイン問題」を解いた1種類のタイルで、光の回折までキラルになる（東大生産技術研究所）
東京大学生産技術研究所らの研究チームが、2023年に発見された非周期モノタイル「スミスの帽子（hat）」の形をナノ構造として作り込み、レーザー光を当てると従来のフォトニック準結晶では見られなかった回折が現れることを示しました。アインシュタイン問題とは「1種類のタイルだけで平面を非周期に埋め尽くせるか」という長年の数学の問題で、スミスの帽子はその初の答えです。研究チームは電子線リソグラフィで窒化ケイ素薄膜にこのタイル配列を作製。回折パターンが風車のようにねじれ、構造が鏡映対称性を持たないことに由来するキラルな光学応答が直接現れました。さらに入射光の方向と偏光によって回折像が変わり、構造を鏡像にすると応答も反転するという、対称性で制御できる新しい光学応答も確認しています。非周期秩序とキラリティを融合した光学素子設計の新しい方向性として注目されます（Nature Communications 掲載、2026年7月29日）。
「距離の繰り返し」に着目して大規模な最適化問題を光で解く枠組み（大阪大学）
大阪大学の研究チームが、輸送網の設計や大規模データの整理など多くの実問題に共通する数理構造を見いだし、それを光コンピューティングで扱いやすい形に書き換える枠組みをCommunications Physicsに発表しました。最適化問題は候補が膨大になると計算資源が急増しますが、光は並列に伝搬・干渉できるため、候補解を光のパターンとして符号化すれば「その解がどれだけ良いか」を高速に評価できます。課題だったのは、多数の変数が互いに影響し合う「密な相互作用」をハードウェアの規模を膨らませずに扱うことでした。研究チームは、こうした問題の多くが要素間の相対位置や距離という共通の言葉で書けることを示し、データ内の繰り返しパターンを利用して計算量を削減。畳み込み構造になるため高速フーリエ変換による加速が効き、従来の電子計算機でも効率が上がるといいます（Communications Physics 掲載、2026年7月29日）。
ポラリトン・レーザーの「強結合⇄弱結合」を1枚の共振器で連続観測——室温コヒーレント光源へ（露スコルテック）
スコルコボ科学技術大学（Skoltech）らが、光と物質が融合した準粒子「ポラリトン」を用いるレーザーで、共振器の厚みを少しずつ変えることにより「強結合」から「弱結合」への切り替わりを1つの素子の中で連続的に観測したと報告しました。ポラリトンは光子と半導体構造の相互作用で生じ、密度が高まると励起子の波動関数がそろって「ポラリトン凝縮」と呼ばれるコヒーレントな状態を作り、反転分布を必要としない低しきい値のナノレーザーになり得ます。研究チームは有機ポリマーMeLPPPの厚さ180nmの薄膜をブラッグ鏡に載せ、空気層を挟んだ非対称の開放型共振器を作製。局所的な圧縮で厚みを精密に調整し、フェムト秒レーザーで動作を実時間観測したところ、発振しきい値が動作領域によって1桁以上変化することや、ポラリトンのエネルギーがポリマー分子の振動共鳴と一致するとしきい値が下がることを捉えました。低温冷却の要らない超高速の光スイッチや光論理素子、通信回路・高感度バイオセンサーへの集積が期待されます（Nanophotonics 掲載、2026年7月28日）。
光を当てるだけで半導体を「トポロジカル」に——フロケ状態の直接観測に世界初成功（スイス・フリブール大）
スイス・フリブール大学のClaude Monney教授らが、強い光で物質の電子状態を一時的に作り替える「フロケ工学」を用い、光を当てている間だけ半導体をトポロジカル絶縁体のように振る舞わせる「フロケ・トポロジカル状態」を実験で直接捉えることに世界で初めて成功したと報告しました。2011年に理論提案されて以来、この状態は極めて短寿命で他の光‑物質効果と区別しにくく、実証は困難とされてきました。研究チームはトポロジカル相転移に近い半導体スズテルル（SnTe）を30Kに冷やし、バンドギャップ付近に調整したフェムト秒のポンプ光を照射。時間分解ARPES（角度分解光電子分光）で電子構造の時間変化を追ったところ、ポンプ光が当たった瞬間だけトポロジカル表面状態の目印である「ディラックコーン」が現れ、約100フェムト秒後に消えることを観測しました。原子の位置は動いておらず、光による電子構造の反転（バンド反転）が原因と結論づけています（Nature Physics 掲載、2026年7月27日）。
出典：phys.org（フリブール大学／Nature Physics）
原子1層分の半導体に超短パルスを1発当てて、電子の「谷」の状態の書き込みと読み出しを室温で同時に行う研究です。
レーザーが材料を蒸発させる「反跳力」で切断の深さを測る——半導体ウェハのダイシングを実時間監視（千葉大）
千葉大学大学院工学研究院の比田井洋史教授らが、レーザーダイシングの加工深さを、加工中に生じる「反跳力」から実時間で読み取る手法を報告しました。レーザーダイシングは半導体ウェハからチップを切り出す工程で、機械的な刃に比べて壊れやすい材料に応力をかけずに加工できる利点があります。一方でパルスが足りなければ切り残し、多すぎれば材料や固定テープを傷めるため、深さの管理が歩留まりを左右します。研究チームは、パルスが材料を急速に加熱・蒸発させたときに表面へ生じるごく小さな反力に着目し、ロードセルで測定しました。パルスエネルギーを上げると反跳力は増え、焦点を外すと減るという関係が得られ、25ナノ秒パルスによるシリコンの穴あけでは、深さが増すにつれて反跳力が規則的に低下し、貫通した瞬間に明確な変化が現れました。装置を止めずに測れるため、製造ラインでの工程監視への適用が見込まれます（Optics and Laser Technology 掲載、2026年7月27日）。
（532nmレーザーで金属表面に超音波を起こし、円筒部品の微小な亀裂を非破壊で自動検出する研究です。）
表から見るか裏から見るかで応答が変わる薄膜——磁場もメタマテリアルも使わずに光の相反性を破る（米コーネル大）
米コーネル大の研究チームが、溶液プロセスで作れる半導体ナノクラスタの薄膜において、直線偏光の吸収と発光が表側と裏側で異なる「非相反」な振る舞いを示すことを実証しました。通常の光学素子はどちら側から光が入っても同じように応答します（光学的相反性）。これを破るには複雑なメタマテリアルや外部磁場が必要とされてきました。研究チームが用いたのは「マジックサイズクラスタ」と呼ばれる、らせん状に自己組織化するナノ材料です。薄膜に加工すると直線偏光にも円偏光にも強く相互作用し、線二色性とキラル二色性が同時に現れます。この組み合わせによって、同じ膜が向きによって別の偏光板のように振る舞います。一方向性の光学素子や、量子情報処理に向けた偏光制御への応用が期待されます（Nature Materials 掲載、2026年7月27日）。
磁石を使わずチップ上で光を一方通行に——電気で広帯域に調整できる光アイソレータ（米イリノイ大アーバナ・シャンペーン校）
米イリノイ大アーバナ・シャンペーン校の研究チームが、薄膜ニオブ酸リチウム上に電気光学効果だけで動作する集積型の光アイソレータを実現しました。順方向はほとんど損失なく光を通し、逆方向はおよそ33dB遮断します。従来のアイソレータは磁気光学材料や可動部を必要としましたが、本素子は原子系で知られるオートラー・タウンズ分裂を電気光学変調で模擬する構成をとり、磁性材料を使いません。印加電圧によって動作波長をテラヘルツ規模にわたって掃引でき、先行する音響光学方式に比べて調整幅は数千倍とされています。標準的なフォトニクス製造プロセスと整合するため、データセンター内の光信号ルーティングなど、小型・低消費電力・波長可変が同時に求められる用途に向きます（Nature Communications 掲載、2026年7月27日）。
（強誘電体結晶に電圧をかけて回折の効き方を変え、軌道角運動量をもつ光を作る素子の研究です。）
人が描かない形を計算が見つける——逆設計で最大500分の1に小型化したチップ部品（独マックス・プランク光科学研究所／米ハーバード大）
独マックス・プランク光科学研究所と米ハーバード大の研究チームが、インバースデザイン（逆設計）によって、窒化シリコン製のフォトニックチップ部品を従来設計の最大500分の1のサイズで実現しました。作製したのは波長分離素子・モードソーター・ミラーの3種です。ミラーは数マイクロメートル角ながら入射光の98.5%を反射し、目的以外の空間モードは通しません。逆設計は「光にどう振る舞ってほしいか」を先に指定し、それを満たす構造を最適化で探す方法で、得られる形状は人間の直感からは出てこないものになります。今回は既存の製造ラインにそのまま投入できる設計制約を守った点が特徴で、集積フォトニック回路を高密度化するうえで実装しやすい道筋を示しました（Nature Communications 掲載、2026年7月24日）。
標識を付けずに1分子の「かたちの変化」を追う——メタサーフェス増強ラマン（蘭トゥウェンテ大）
蘭トゥウェンテ大の研究チームが、液中にある単一タンパク質の構造変化を、色素や標識を一切付けずに追跡する光学手法を報告しました。読み取るのはタンパク質自身の分子振動で、原理としてはラマン分光を用います。ラマン散乱は分子の化学構造や立体構造を反映しますが、1分子からの信号は通常あまりに微弱で測定できません。研究チームはメタサーフェスによる局所的な電場増強でこの壁を越えました。無標識（ラベルフリー）であるため、標識そのものが分子の動きを変えてしまう懸念を避けられます。薬剤や毒素、ほかの生体分子に触れたときにタンパク質がどう応答するかを、1分子レベルで観察する用途が想定されます（ACS Nano 掲載「Label-Free Single Protein Dynamics Revealed by Metasurface-Enhanced Raman Spectroscopy」、2026年7月22日）。
（らせん状ナノ構造が作る近接場の増強を、分子のラマン散乱から明らかにした研究です。）
「暗くなるセンサー」を反転させて読む——細胞内の酵素活性をナノドメイン単位で可視化（米イリノイ大シカゴ校）
米イリノイ大シカゴ校の研究チームが、活性が高いほど蛍光が減るタイプ（ネガティブ型）の蛍光バイオセンサーの読み出しを反転させ、細胞全体にわたって酵素活性の分布を捉える手法 FINICI を報告しました。従来の顕微鏡観察では活性が細胞全体で平均化されてしまい、実際に反応が起きているナノドメインが背景に埋もれる問題がありました。ネガティブ型センサーは活性の高い場所ほど暗くなるため、活性がない領域と見分けがつかないことが原因です。本手法は分子内相互作用に由来する蛍光ゆらぎの変化を指標にすることで、この暗い信号を正の信号として読み直します。センサーを設計し直さずに既存のものをそのまま使える点が実用上の利点で、cGMP・Srcキナーゼ・Sykキナーゼのナノドメインが実際に観察されました（PNAS 掲載、2026年7月14日）。
制御も測定もせずにもつれが保たれる——相関した光子の「量子バス」で20年前の予測を実証（墺ISTA）
オーストリア科学技術研究所（ISTA）の研究チームが、相関のある光子からなる「量子バス」を共通の環境として使い、離れた2つの量子ビットを完全に自律的にもつれさせる実験に成功しました。これまで離れた量子ビット間の量子もつれの生成は、能動的な制御と繰り返しの測定に頼るのが一般的でしたが、本手法では外から操作を加えなくても、バスとの相互作用の結果としてもつれた状態に落ち着きます。20年以上前に提案されながら実験的な確認がなかった予測を裏付けた形です。バスが持つもつれのうち実際に移せたのは約10%で、能動制御による方式に比べると効率はまだ低い段階にあります。制御回路を減らせる方向性として、量子ネットワークの拡張性に関わる成果です（Physical Review X 掲載、2026年7月14日）。
都市の通信ファイバーで「量子もつれ」を実配信——量子インターネットが研究室の外へ（米ノースウェスタン大）
米ノースウェスタン大が、実際に使われている通信用光ファイバー網（イリノイ州エバンストン〜シカゴ間 約24.4km）を使って、量子もつれ状態の光子ペアを配信することに成功しました。もつれた光子の一方を波長分割多重（WDM）で既存の古典通信・光同期クロックと同じファイバーに相乗りさせ、通常の通信トラフィックが流れる中でももつれを保ったまま伝送できることを示しました。専用の暗いファイバーではなく「現役の通信インフラ」の上でもつれ配信が成り立つ点が新しく、将来の量子インターネットや量子鍵配送を既設ネットワーク上に構築できる可能性を示す成果です（2026年7月22日公開）。
（書き換え可能な集積フォトニック回路の上で、単一光子やNOON状態の吸収と透過を切り替えた研究です。）
プラズマの「設計ルール」でアト秒フラッシュを守る——電子を観る超高速計測へ（露Skoltech）
ロシアのSkoltechと上海の研究者が、強いレーザーとプラズマの相互作用で生じるアト秒（100京分の1秒）の超短光パルスを、乱さずに保つためのプラズマの設計指針を示しました。アト秒パルスは原子・分子の中を動く電子の一瞬をとらえる「ストロボ」として使われますが、生成過程でパルスが劣化しやすいのが課題でした。プラズマの密度や形状を最適化することで、明るく整ったアト秒フラッシュを安定に得る条件を理論的に明らかにし、電子のリアルタイム観測やアト秒分光の高度化につながると期待されます（2026年7月22日公開）。
ねじれた光で「右手型・左手型」を見分ける——軌道角運動量ビーム×質量分析（印TIFR／IIT）
インド・タタ基礎研究所（TIFR）とインド工科大ボンベイ校・ハイデラバード校のグループが、軌道角運動量をもつ「ねじれた」超短パルスレーザー（数百フェムト秒）を気体状のカンファー（樟脳）に照射し、生成する分解イオンの本数が、光のねじれと分子の「手の向き（キラリティー）」の組合せによって変わることを示しました。飛行時間型質量分析計でイオンを数えるだけで鏡像異性体を区別でき、円二色性の微小差や電子の角度分布を測る従来法のような複雑な光学配置を必要としません。医薬品や生体分子で重要な異性体の判別を簡便にする手法として期待されます（Science Advances、2026年7月26日公開）。
（金のらせん構造でアキラルな色素分子にキラリティを移し、ハイパーラマン散乱の光学活性を初めて観測した研究です。）
1回の観察で「形・分子・元素」をつなぐ相関顕微鏡施設——凍らせたまま生体材料も（米タフツ大）
米タフツ大学が、走査電子顕微鏡にラマン分光とEDX（元素分析）を組み合わせ、さらに共焦点レーザー走査顕微鏡や原子間力顕微鏡まで位置情報を共有させた相関イメージング施設「COCOON」を、学術・産業の外部利用に開放しました。0.8nmまで分解する電子顕微鏡と光学顕微鏡の視野を、同じ試料の同じ領域で結びつけられるため、装置間を移動する際に失われがちだった「どこを見ていたか」を保ったままマクロからナノまで追えます。急速凍結した状態を維持して観察できるので、水を含む生体材料を乾燥させずに調べられる点も特徴です（2026年7月10日公開）。
（405nm励起のラマン顕微分光で、樹脂や繊維に含まれる酸化チタンの結晶形を見分けた研究です。）
ホタルの光の「明るさ」、100年以上信じられた値が過大だった——古い測定を鵜呑みにする危うさ（米レミザAI）
米レミザAIのDavid Silver氏が、1世紀以上にわたり使われてきたホタルの光の明るさの基準値を再検証し、実際にはかなり過大評価されていた可能性が高いと報告しました。ホタルの発光は、ルシフェリンとルシフェラーゼの反応で生じる生物発光です。その明るさは1912年に近代放射計測の草分けであるWilliam Coblentzが初めて測定しましたが、当時の値を現代の標準単位へ換算する過程で大きな誤差が生じていたとみられます。古い測定データをそのまま現代の単位に読み替えることの危うさを示す事例で、光の明るさ（測光）を正しく扱う重要性を改めて浮き彫りにしました（American Journal of Physics、2026年7月13日公開）。
低消費電力で体の微弱な磁場を測る——ダイヤモンド量子センサ×ラムゼー干渉（東京科学大）
東京科学大（Institute of Science Tokyo）が、光を閉じ込めるダイヤモンド導波路とラムゼー干渉法を組み合わせ、心臓や脳など体が発する微弱な磁場を低消費電力で検出できる磁気センサを開発しました。ダイヤモンド中の窒素-空孔（NV）中心を用い、わずか210mWのレーザーで動作しながら高い感度を実現しています。従来の生体磁気計測（心磁・脳磁）は大がかりで消費電力も大きいのが課題でしたが、小型・低電力で室温動作できるため、ウェアラブルや在宅での生体磁気モニタリングへの展開が期待されます（2026年7月22日公開）。
ダイヤモンド中のNV中心を数百個同時に読み出し、微弱な磁場をナノスケールで並列計測した研究です。
物理を組み込んだAIで「濁りの奥」を鮮明に——生体イメージングと自動運転センサへ（米UCLA）
米UCLAが、光の伝わり方（物理法則）を学習に組み込んだ機械学習で、散乱して見えにくくなった被写体の画像を、偽の模様（アーティファクト）を出さずに復元する手法を示しました。生体組織のように光を強く散乱させる媒質の内部を画像化する拡散光計測や、霧・悪天候下でのLiDAR・自動運転センサなど、光が乱れる状況での画像化に役立つと期待されます。物理モデルとデータ学習を組み合わせることで、少ないデータでも安定して高精細な再構成ができる点が特徴です（2026年7月22日公開）。
動く散乱媒質を通しても、画像の相関から物体の像を復元する行列ベースの計算イメージングの研究です。
レーザーが歪ませる鏡を「サーモグラフィ」で読む——重力波望遠鏡LIGOの感度を高める補償光学（米UCリバーサイド）
米カリフォルニア大リバーサイド校のチームが、重力波望遠鏡LIGOの心臓部にある大型鏡の微小な熱変形を赤外サーモグラフィで捉え、補償光学で補正する新手法を開発しました。LIGOでは約1メガワットに達するレーザーが4kmの装置内を巡り、鏡がわずかに光を吸収して数ナノメートル変形し、測定感度を下げてしまいます。研究では市販の赤外カメラの熱画像を波面計測や熱流モデルと組み合わせ、鏡全体の光学的な歪みを再構成しました。次期LIGO A+の歪み感度を最大31%高め、中性子星の合体をより遠くまで観測できると見積もっています。新たな装置開発を必要としない点も特長です（Classical and Quantum Gravity、2026年7月22日公開）。
溶ける「マイクロニードル」で光を皮膚がんへ導く——光線力学療法をより効果的に（米テキサスA&M大／ブラジル・サンパウロ大）
米テキサスA&M大とブラジル・サンパウロ大のチームが、水に溶けるマイクロニードル（微細な針の集合体）を使って、光線力学療法（PDT）の効果を高める方法を示しました。PDTは光に反応する薬剤をがん組織に集め、特定波長の光を当てて活性酸素で細胞を壊す治療ですが、薬も光も皮膚の深部まで届きにくいのが課題でした。針に薬剤を含ませて深く均一に届けると同時に、針の形状を工夫して光を組織内へ広く散らすことで、従来照らしにくかった部位まで光を届けられる可能性を示しました。非黒色腫皮膚がんなどのより効果的な治療につながると期待されます（Journal of Biomedical Optics、2026年7月22日公開）。
金ナノスターを取り込ませたがん細胞に532nmのナノ秒パルスレーザーを当て、狙った場所だけを熱で壊す研究です。
1画素ずつ電気で書き換えるメタサーフェス——ホログラムでゲームも操作（独シュツットガルト大）
独シュツットガルト大（Laura Na Liuら）が、金のプラズモニック・ナノアンテナと電気化学的に応答する極薄の導電性高分子を組み合わせ、可視光で動作するメタサーフェスの画素を1つずつ独立に電気制御できる「有機メタデバイス」を開発しました。これまでのアクティブメタサーフェスは、あらかじめ決めた光学機能の切り替えや限られた画素制御にとどまっていましたが、本素子は1V以下の電圧・ミリ秒の応答で、各画素をほぼクロストークなしに切り替えられます。実演では、キーボード入力が即座にホログラム投影の文字や数字に変換されるほか、ゲームコントローラで「スネーク」や落ち物パズルのホログラム版をプレイでき、ユーザーの操作に光が実時間で追従する「対話型の光学素子」を実証しました。イメージングや通信、センシング、ウェアラブル光学への展開が見込まれます（Nature Communications 掲載、2026年7月21日）。
「凍らせて」作る光ファイバー——光と音の結合を従来の1,000倍に（独マックス・プランク光科学研究所ら）
独マックス・プランク光科学研究所（MPL）とライプニッツ大学ハノーファー、ライプニッツ光技術研究所（IPHT）が、液体を満たしたガラス毛細管を凍らせるという新しい方法で光ファイバーを作製し、光と音波を同時に導きながら、両者を通常の石英ファイバーの約1,000倍の強さで結合させることに成功しました。溶岩が岩へ固まり、湖が凍るのと同じ「液体から固体への相転移」を利用してファイバーのコアを形成します。光ファイバー中では、光は音響波とブリルアン散乱を介して相互作用しますが、通常のガラスでは結合が弱く、信号処理に大きな光パワーが必要でした。結合強度が桁違いに高まったことで、脳型（ニューロモルフィック）光計算や量子信号処理の消費エネルギーを数桁低減できると期待されます（Optica 掲載、2026年7月21日）。
（音響フォノンによる光の散乱「ブリルアン散乱」を使い、散乱の強い生体組織の硬さを無標識で画像化する研究です。）
電場なしで電子を「狙って」流す——2色のレーザーで半導体中の電流を操縦（米ミシガン大）
米ミシガン大（Steven Cundiffら）が、電源や電場を使わずに、2色のレーザー光だけで半導体中に電子の流れ（電流）を作り、さらにその向きまで制御できることを実証しました。通常、電子は電場をかけると材料中を跳ね回りながら漂って移動しますが、本手法では2つの光の偏光の向きを回転させることで、電子を特定の方向へ細く絞った流れとして「押し出す」ことができます。これまでも光だけで電流を生む研究はありましたが、光が電流を「点ける」だけでなく「狙いを定める」段階へ進めた点が新しい成果です。素子は同大のナノ加工施設で作製され、光の性質を測る新しいセンサーへの応用も見込まれます。光学と電子回路の橋渡しとして、センシングやイメージング、通信への展開が期待されます（Physical Review Letters 掲載、2026年7月21日）。
光の速度をチップ上で「その場で」調整——AI時代の光コンピューティングへ（ソウル大）
韓国・ソウル大（Namkyoo Park／Sunkyu Yuら）が、光信号の速度と波形を自在に制御できるスローライト用のプログラマブル光集積回路を提案しました。光は速度が一定のため、光コンピューティングに不可欠なバッファやメモリの実装が難しいという課題がありました。研究チームは複数の光共振器の干渉を使うCRIT（結合共振器誘起透過）構造を作り替え、「明モード」と「暗モード」を一つの自由度として扱う2つのループ結合器を導入。これにより、作製後は固定だった遅延量や通過帯域を、動作中にリアルタイムで再構成できます。窒化シリコン（Si₃N₄）基板での実装可能性も電磁界シミュレーションで確認し、データセンターやAIサーバの低消費電力・高効率化、光通信機器の小型化への応用が期待されます（Advanced Science 掲載）。
らせん状の微小管共振器で、特定の波長の光の閉じ込めを強める仕組みを調べた研究です。
中性原子の「消える誤り」を利用、量子誤り訂正を実現可能に（プリンストン大）
米プリンストン大（Jeff Thompsonら）が、量子コンピュータの弱点である計算誤りを、検出・訂正しやすい形にあらかじめ設計する新しい方式を提案しました。準安定状態のイッテルビウム171という中性原子を量子ビットに使い、誤りを「どの量子ビットが壊れたか分かる（消失＝erasure）誤り」に変換。問題のある量子ビットを特定できるため、通常なら訂正できないごく小さな符号（距離2）でも1個の誤りを訂正できることを示しました。中性原子はレーザーの光ピンセットで整然と並べて制御でき、大規模化しやすいのが特長で、誤り耐性を備えた実用的な量子計算機に向けた一歩です（Nature Physics 掲載）。
ナノの隙間で赤外の「色」を選ぶ——熱センサーをチップに載せる可変赤外フィルタ（豪UWA／ANU）
豪州のメタ光学研究拠点TMOS（西オーストラリア大・オーストラリア国立大）が、電圧で透過波長を変えられる超小型の赤外フィルタを開発しました。かさばる熱赤外センサー系をチップ上に集約でき、携帯型の汚染検知器やマルチスペクトルカメラ、次世代の化学センサーへの道を開きます。素子は金とシリコンの薄膜をナノスケールの孔で穴あけした「サンドイッチ」構造のメタサーフェスで、層間のごくわずかなすき間（1µm以下）を電気的に変えることで、通過する長波長赤外（LWIR）の波長を連続的に調整します。金属薄膜の微小な孔を光が予想以上に効率よく通る「異常光透過」を利用し、10V以下の低電圧で透過ピークを約8µm→9.8µmまで可変にしました。単体では分光フィルタですが、熱検出器と組み合わせると温度だけでなく物質やガスを識別できます。メタン漏れや工業排出の検知、非接触診断、ドローン搭載など、省電力・軽量が求められる用途に向きます（Advanced Materials Technologies 掲載、2026年7月13日）。
光を「彫って」量子物質を再現——回路を大きくせず300通りをシミュレート（カナダ・オタワ大）
カナダ・オタワ大とNexus for Quantum Technologies研究所、伊フェデリコ2世大のチームが、光ビームの形を作り込むことで複雑な物質中を粒子が動く様子を再現する、プログラム可能な量子シミュレータを開発しました。回路を大型化することなく多様な系を扱えます。込み入った電子回路を配線する代わりに、光子の空間パターンと偏光という2つの内部自由度を精密に設計した構造光を用い、結晶中の電子と同じように時間発展させます。3枚の空間光変調器（SLM）が計算を担い、ソフトウェアの更新だけで実験全体を別のシミュレーションに再構成できます。情報が光に載っているため各段階を直接撮影でき、固体素子の奥に埋もれがちな量子ダイナミクスを鮮明に観察できます。量子輸送やトポロジカル現象の研究、将来の量子技術の基盤検討に道を開きます（Light: Science & Applications／Advanced Photonics 掲載）。
冷却なしで「光の量子性」を選り分ける——金のメタ結晶で室温量子材料を実現（米ルイジアナ州立大）
米ルイジアナ州立大（LSU）らが、極低温の冷凍装置なしに室温で動く新しい量子材料「量子統計プラズモニック・メタ結晶」を作製しました。ガラス基板に載せた厚さ約110nmの金薄膜に集束イオンビームで100個の微小スリット（各200×400nm、間隔1µm）を刻み、その1つ1つを人工原子（メタ原子）として周期配列した、自然界に存在しない極薄の結晶です。金属ナノ構造を並べたメタサーフェス状の素子で、波長や偏光ではなく「複数光子の統計的なふるまい（量子統計）」に応じて光を選別・伝送し、量子コヒーレンスを保ったまま輸送できます。従来の量子材料は量子性を保つのに大がかりな冷却が必要でしたが、それを不要にした点が大きな進歩です。量子情報処理や太陽光エネルギー変換への応用に向けた、人工量子材料の設計指針を与える成果です（Nature 掲載、2026年7月15日）。
金のナノらせんを高密度に並べたキラルなメタ表面を作り、その近接場の増強をラマン散乱で可視化した研究です。
電流も磁場も使わず、光パルスだけで反強磁性体に情報を書き込む（独アウクスブルク大ら／日独共同）
ドイツ・アウクスブルク大学を含む日独共同研究チームが、超短パルスのレーザー光だけで反強磁性体に磁気情報を書き込むことに初めて成功しました。反強磁性体は応答が速く外部の乱れに強いため次世代の記録媒体として期待されてきましたが、その磁気状態を精密に制御するのが難しいという壁がありました。今回の手法では、光の偏光ではなく「光が進む向き」を利用して状態を選び分けます。磁気光学効果を介して磁化と光を結び付ける仕組みで、電流を流さずに記録できるため、省電力な情報デバイスにつながる可能性があります（Nature Materials 掲載、2026年7月4日公開）。
CO2レーザーでガラス容器を隙間なく封じる——化学廃棄物の長期保管へ（独LZH）
ドイツのレーザーツェントラム・ハノーファー（LZH）が、厚肉ガラス容器をレーザーで密封する加工プロセスを開発しました。ガラスは化学的にほとんど反応しないため、電池材料や産業廃液のような危険物を長期保管する容器に適しますが、従来の接合法は入熱が大きく残留応力が生じやすく、自動化も難しいという課題がありました。研究チームは波長10.6µmのCO2レーザーを用い、接合する2つの部材を1台の光源で同時に加熱するレーザー溶接方式を採用。微小な隙間や空隙のない連続した溶接ビードを得ることに成功しました（Journal of Laser Applications 掲載、2026年7月11日公開）。
光・磁性・電荷が絡み合う原子数層の材料——「磁性ファンデルワールス材料の励起子」を総括（米CCNY）
米ニューヨーク市立大シティカレッジ（CCNY）のMenon研究室が、光と磁性と電荷が強く結び付いた原子数層の物質群について、現状と展望をまとめた総説を Nature Materials に発表しました。光で電子が持ち上げられると、電子と正孔が対になった励起子が生まれます。層状の磁性半導体では、この励起子が材料の磁気秩序やスピン波（マグノン）と相互作用するため、磁気の状態が発光や吸収の性質に現れ、逆に光で磁気の状態を読み書きできる可能性があります。次世代の光電子デバイスや量子技術に向けた研究領域の見取り図を示す内容です（2026年7月14日公開）。
（層状磁性材料CrBr₃の振動と磁気の性質を、共鳴ラマン散乱で詳しく調べた研究です。）
AIが作製条件を逆算——量子ドットLEDの効率2倍・寿命40倍に（韓国・ソウル大）
韓国・ソウル大学工学部の研究チームが、量子ドット発光ダイオード（QLED）の作製条件を人工知能に逆算させる手法を開発しました。QLEDは量子ドットを溶液から塗って発光層を作りますが、従来は溶媒の組み合わせを試行錯誤で探すしかなく、粒子が不均一に詰まって電荷が流れにくくなる問題がありました。今回のAIプラットフォームは、望む膜の状態から最適な溶媒組成を予測します。実際に素子を作ったところ、発光効率が約2倍、動作寿命は40倍以上に伸びました。ディスプレイ用途をはじめ、材料開発の期間短縮につながる成果です（2026年7月18日公開）。
（量子ドットを高分子薄膜に分散させ、粒子の凝集が光記録材料の特性に与える影響を調べた研究です。）
「送らずに届ける」が直接送信に勝った——量子テレポーテーションで光子損失を克服（中国科学技術大）
中国科学技術大（Chaoyang Lu、Li-Chao Pengら）が、量子テレポーテーションが光子をそのまま送る「直接送信」より効率的であることを実験で初めて示しました。長距離の量子通信では、伝送距離が延びるほど光子の散乱・吸収による損失が深刻になります。テレポーテーションは量子もつれを使い、粒子自体を送らずに量子状態だけを転送する手法ですが、遠隔ノード間で質の高いもつれを用意すること自体が難しく、直接送信と正面から比較した研究はありませんでした。チームは6個の光子のうち4個を測定し、その結果を合図に残る2個に高品質なEPR対を用意する「予告付き」の全光学的手法を開発。これにより直接送信で生じる損失をほぼ回避できます。透過率約1%の損失チャネルで検証したところ、最適な量子クローニングで補強した直接送信と比べても約3倍効率的でした。量子中継器やネットワーク型量子計算に向けた一歩です（Nature Physics 掲載）。
（光子対を使い、量子の光が吸収・干渉する様子をプログラム可能な集積回路の上で再現した研究です。）
放射線量を200分の1に——「ゴーストイメージング」で2メガピクセルのX線撮影（中国科学院上海高等研究院）
中国科学院・上海高等研究院（Tiqiao Xiaoら）が、通常のX線撮影に必要な光子のわずか0.48%で、約2メガピクセルの高解像度X線画像を得る手法を実証しました。ゴーストイメージングは2本の光束の相関から像を再構成する計算イメージング手法で、ランダムなパターンを担う参照光は試料に当たらず、試料を通る光はごく弱くて済むため被曝線量を大きく減らせます。ただし従来は「極低光量」と「高解像度」の両立が難しく、実験的な実証が進んでいませんでした。研究チームは結晶で高い相関を保ったままX線を弱い試料光と強い参照光に分け、微弱信号用と微細構造用の最適な検出器を組み合わせ、さらに合成開口の考え方で数十回の測定から全体像を再構成する アルゴリズムを導入。上海放射光施設のビームラインでの比較実験で、従来法と同じコントラスト対雑音比を0.48%の光子数で達成し、1,992×944画素の画像を得ました。胸部X線やCTなど日常診療への応用、とくに小児・妊婦・頻回検査の被曝低減が期待されます（Optica 掲載）。
散乱した光のまだら模様から、一回の撮影で元の像を計算で復元する手法の研究です。
お腹の赤ちゃんの「酸素」を光で直接測る——分娩監視を1970年代から刷新へ（米カーネギーメロン大／ICFO）
米カーネギーメロン大（Jana Kainerstorfer代表研究者）とスペインICFOなどの国際コンソーシアムが、分娩中の胎児の低酸素（hypoxia）を直接・実時間で評価する装着型モニタリングシステムの開発に着手しました。米ARPA-H支援の3,900万ドル規模プロジェクト「OMEGA」で、2026年6月に始動。分娩中の胎児評価は1970年代からほぼ変わらず心拍数モニタリングが標準ですが、心拍の変化は問題の兆候を示すだけで「酸素が足りているか」は分かりません。OMEGAは近赤外分光（NIRS）や脳波などの光学・電気生理センサーとAIを組み合わせ、胎児だけでなく母体・胎盤・子宮も含めた系全体を非侵襲で計測し、低酸素の有無と原因の両方を捉えます。ICFOは乳幼児の脳血流を診るTinyBrainsプロジェクトでfNIRSと拡散光計測（DCS）を統合した実績があり、装着型OEMモジュールを担当します（optics.org）。
光音響信号を時間で切り分け、皮膚の深部にある血管から血糖値を非侵襲に読む手法の研究です。
青色の寿命が5,000倍に——樹脂で封止して量子ドットLEDを実用域へ（MIT／サムスン）
米MIT（Vladimir Bulović、Moungi Bawendiら）とサムスンの共同研究が、電気励起型の量子ドットLED（QD-LED）の寿命を大きく延ばす方法を示しました。QD-LEDは純度の高い色を省エネで出せますが、とくに青色素子が赤・緑より50〜100倍不安定で、実用化を阻んできました。チームはQD-LEDをナノメートル厚の薄片に切り出して断面を高分解能顕微鏡で観察し、動作中に発光を担う3層が変質・薄膜化し量子ドット同士が融合すること、その一因が動作中に放出される余分な水素・酸素であることを突き止めました。アクリレート系樹脂で封止するとこれらの放出が抑えられ、赤で8倍、青では5,000倍超の寿命改善を実現。薄型・大面積で色純度の高い光源として、テレビやAR/VR、医用イメージング、照明への展開が期待されます（Science Advances 掲載）。
（量子ドットを樹脂の薄膜に混ぜ、粒子の凝集が膜の光学特性をどう変えるかを調べた研究です。）
1ピコ秒の「1発撮り」で生きた線虫の化学変化を動画に（米テキサスA&M大）
米テキサスA&M大（Alexei Sokolov、Zhenhuan Yiら）が、生きた生物の中で進む化学変化を実時間で捉える広視野赤外マイクロ分光イメージングを開発しました。ラマンや赤外の分光イメージングは分子振動をもとに無標識で化学分布を可視化できますが、走査や長時間・複数回露光が必要なため、速い動きはブレて撮れませんでした。本手法は約1ピコ秒のレーザーパルス対1組で1枚を撮る「シングルショット」方式。三次の和周波過程で赤外光を可視信号に変換し、走査せずに共鳴発光から画像全体を一度に取得します。1コマがピコ秒スケールのため動きによるブレがほとんど生じません。水中の生きた線虫（C. elegans）を約400nmの空間分解能で撮影し、kHzレーザーで同レートの動画化にも成功。水を多く含む生体試料にそのまま使えるため、病態の発生・進行の追跡や薬剤応答の観察への応用が期待されます（PNAS 掲載）。
中赤外の分子振動をもとに、生きた細胞を染めずに化学組成ごと画像化する顕微鏡の研究です。
世界初の「中性子レンズ」——炉やセルの中の構造を6m離れて鮮明に撮る（スイスPSI）
スイス・パウル・シェラー研究所（PSI）が、世界初となる中性子イメージング用の色消し（アクロマート）レンズを開発しました。中性子は金属を深く透過しつつ水素やリチウムなど軽元素に敏感で、電池やエンジン内部の観察に有用ですが、物質との相互作用が弱く曲げる・集めるのが難しいという難点があります。中性子ビームは多波長を含むため、それらを同一焦点に結べる実用レンズがこれまで存在せず、試料を検出器のすぐ近くに置くしかなく分解能と試料サイズが制限されていました。新レンズはニッケルの同心円リング（最細部は200nm以下）で回折を、ダイヤモンド構造で屈折を担わせ、広い波長域を同一点に集束。20µm以下の分解能を実現し、6m離した市販リチウムイオン電池の巻回電極構造を7倍に拡大撮像しました。炉・クライオスタット・圧力セル内部の観察や中性子顕微鏡への道を開きます（Nature Communications 掲載）。
（液晶を多層にねじった回折素子で、波長ごとに焦点がずれる色収差を抑えた研究です。）
波長を変えるだけで画像を呼び出す——回折層に4,000枚以上を記録する光ストレージ（UCLA）
米UCLA（Aydogan Ozcan、Mona Jarrahiら）が、深層学習で設計した受動的な誘電体の回折層を積み重ね、そこに多数の画像を記録して光だけで読み出す「波長多重回折光ストレージ」を提案・実証しました。各画像に固有の照明波長を割り当て、ラジオの選局のように入射光の波長を変えるだけで、同じ出力視野に別々の画像が浮かび上がります。可視域のシミュレーションでは4,000枚超の独立した画像パターンを平均48dB超のピーク信号対雑音比で再構成でき、波長チャネル間の干渉も小さく抑えられました。実証機として2層の回折素子を試作し、500〜740nmの6波長で6枚の画像の記録・読み出しに成功。機械的な可動部や磁気媒体の劣化がなく、長期アーカイブや情報セキュリティ、ディスプレイ、光コンピューティングへの応用が期待されます。偏光や入射角との多重化でさらに容量を増やせます（回折光ニューラルネットワークの設計手法を応用、Advanced Photonics 掲載）。
フォトポリマーに複数のホログラムを重ねて記録し、太陽光を電池面へ導く研究です。
目の中に見える「幻の模様」を検査に使う——量子光学の構造光で網膜の健康を測る（米バッファロー大）
米バッファロー大（Dusan Sarenacら）とウォータールー大が、偏光した光が網膜の構造で散乱するときに周辺視野へ現れる淡い蝶ネクタイ状の模様「ベームのブラシ（Boehm’s brushes）」を、はっきり見えるようにする手法を報告しました。網膜疾患があると知覚しにくくなるため健康状態の指標になり得ると考えられてきましたが、健常者でも見えにくく臨床応用は困難でした。研究チームは量子光学で発展し顕微鏡や精密計測にも使われる構造光（偏光を空間的に設計した光）を用い、網膜構造の対称性に合わせることで模様を明るく大きくし、ローブ（花弁）の数も変えられるようにしました。健常者約12名で視覚閾値を測定し、中心から離れた視野ほど検出しやすいという基準データを取得。次段階は加齢黄斑変性など網膜疾患患者での検証です（PNAS 掲載）。
海綿など生物が作るガラス繊維を光が通るとき、波面と偏光がどう変わるかを調べた研究です。
1チャンネル200Gbpsの受光素子——AIデータセンターの光受信を倍速に（韓国ETRI）
韓国電子通信研究院（ETRI）が、1チャンネルあたり200Gbps級の光信号を処理できるフォトダイオード（受光素子）を韓国で初めて開発しました。データセンターで一般的な112Gbps級に対し、最大224Gbps／チャンネルと約2倍の処理能力です。InGaAs系の素子で、70GHz以上の帯域と0.75A/W以上の高い受光感度を0.5×0.4mmのサイズで両立。チップ裏面にリン化インジウム（InP）製の凸レンズを一体形成する「裏面レンズ集積構造」により、受光効率と位置合わせのしやすさを大きく改善しました。別体の受光レンズが不要なため実装が簡素化でき、800Gbps／1.6Tbps級の光モジュールでのコスト低減も見込まれます。AIデータセンター内部の光トランシーバや5G／6G基地局への適用が期待されます（Optics Express 掲載）。
ガラス表面の静電気で原子を捕まえる——量子情報の保持時間が10倍に（独フンボルト大）
独フンボルト大ベルリン（Arno Rauschenbeutel、Riccardo Pennettaら）が、髪の毛の約100分の1という極細ガラスファイバーの近くに、レーザー冷却した原子を捕捉・制御する新方式を実証しました。従来のナノフォトニック系では原子を引き寄せるのに複数のレーザービームが必要でしたが、本手法はガラス表面に自然に生じる静電気的な力で原子を引き寄せ、青方離調したエバネッセント場でやさしく押し返して安定な捕捉領域を作ります。捕捉力は従来より弱いものの、原子はほとんど失われずに移送でき、光の弱い領域に留まるため擾乱が減少。その結果、捕捉時間は約2倍、量子情報の保持時間は約10倍に伸びました。量子メモリや量子通信ネットワークの簡素化・高信頼化につながる成果です（Nature Photonics 掲載）。
2,000個の原子を光ピンセットで整列——量子コンピュータ向けレーザー光学系（フラウンホーファーILT）
ドイツのフラウンホーファーILT（アーヘン）が、シュツットガルト大学第5物理学研究所で建設中の量子コンピュータ向けに、2,000個のリュードベリ原子をサブミクロン精度で配置する高度なレーザー光学系を開発しました。20行×100列に個別制御できる2,000本のレーザー焦点を、超小型の真空チャンバー内へ投影。それぞれが光ピンセットとして働き、原子どうしが相互作用するのに必要な3.5µmの間隔で捕捉・保持します。量子論理演算はこの原子配列上で進み、多数の量子ビットを密に集積できます。実用的な量子コンピュータのスケールアップに向けた基盤技術です（Fraunhofer ILT／シュツットガルト大学）。
電子を「アト秒」で動かして観る——超高速STMが量子力学の時空間限界に到達（レーゲンスブルク大／MPI）
独レーゲンスブルク大（J. Repp、R. Huberら）とハンブルクのマックス・プランク研究所（A. Rubioら）が、新開発のレーザー系を用いた超高速走査トンネル顕微鏡（STM）で、電子の位置と時間発展を同時に任意の精度では決められない「時空間限界」を初めて観測しました。金属探針から銀表面へ数原子径だけ離れた距離を、2つの光パルスの時間差を変えながら電子を移動させ、トンネル過程をアト秒（10⁻¹⁸秒）の時間分解能で捉えました。電子を狭い時空間に閉じ込めると波束が空間的に広がる、という関係も直接測定。将来はCMOSの数十万倍速い電子制御や、化学結合を狙って切る・変える反応制御への応用が見込まれます（Nature Photonics 掲載）。
（ダイヤモンド中の発光欠陥を使い、単一電子の動きを原子スケール・ナノ秒級で読み取る研究です。）
極薄「回折レンズ」が光を針状に集束——OCTの撮像深さを9倍に（中山大学）
中国・中山大学のHaowen Liangらが、厚さわずか約7µmの多層回折レンズで光を細く長い「光ニードル（optical needle）」に集束させ、光コヒーレンストモグラフィー（OCT）の撮像深さを従来比で約9倍に高めました。数百万個の微細な階段状構造で複数の光学機能を1枚に集約し、800〜900nmの広帯域光を横幅2.4µm・焦点深度2,640µm（深さ対幅比1,100:1）の針状ビームに整えます。従来の対物レンズを置き換えるだけで、組織の表面の微細構造と深部を同時に高解像度で捉えられます。眼科診断の早期化や、将来はスマートフォンのカメラなど小型・低コストな撮像系への応用が期待されます（Optics Letters 掲載）。
（液晶の層を重ねた薄い回折素子を水溶性の配向材料で作り、偏光を選んで光を曲げる研究です。）
量子もつれで衛星⇄地上の「時刻」を守る——妨害を即座に検知するもつれ光源（豪CSIRO）
オーストラリアのCSIROが、衛星測位・時刻配信（GNSS）信号への妨害やなりすましに対抗するため、持ち運び可能で高フラックスな量子もつれ光子源「Quantum Light Source」を開発し、国防科学技術グループ（DSTG）へ2台納入しました。シンプルなガラスキューブで、反対方向に進む光子対を量子もつれ状態にします。片方を地上に残し、もう片方を数百km上空の衛星へ送っても相関が保たれ、安全な通信リンクを張れます。量子もつれは干渉に極めて敏感で、第三者が信号を傍受・改ざんすると量子状態が変化するため妨害を即座に検知でき、別チャンネルへ切り替えられます（もつれ配送）。防衛用途に限らず、通信網・電力網・金融など民生インフラの高信頼な時刻同期にも波及する成果です（CSIRO）。
フェムト秒「デュアルコム」ライダーで微小金属部品をミクロン精度で3D計測（英ヘリオット・ワット大）
英ヘリオット・ワット大のDerryck T. Reidらが、2本のフェムト秒周波数コム（デュアルコム）を用いた新方式のライダーで、小さな金属部品を従来のライダーより桁違いに高い精度で3次元計測できることを示しました。自動運転車のライダーが数cm精度で大きな対象を測るのに対し、本手法は約400mmの距離からアルミ部品をミクロン精度で撮像し、3面で9〜38µmの確度を達成。数百フェムト秒の超短パルスと、戻り光を二光子吸収で直接電気信号に変える「完全電子式」検出を組み合わせ、外乱に強くシンプルなレーザーで動きます。エンジン内部など手の届きにくい部品の非接触検査・品質管理への応用が期待されます（Renishaw社との産学連携、Optics Letters 掲載）。
レーザーの「指紋」で機器を本人確認——パスワード不要、AIが瞬時に認証（サウジKAUST）
サウジアラビアのKAUST（Yating Wan助教ら）が、極小のレーザー素子が発する固有の光パターンを機器ごとの“指紋”として使い、パスワードやセキュリティキーなしで機器の正当性を確認できる認証技術を開発しました。カオス的に振る舞う微小レーザー（VCSEL）は、同じ素子でも複製が極めて難しい複雑な光信号を生み、その統計的な特徴をAIがほぼ瞬時に照合します。実験では極めて高速かつ低消費電力で認証応答を生成でき、数百万台の機器・サーバー・センサーが安全に通信する必要があるクラウド、AI基盤、IoTネットワークへの応用が期待されます。光技術（フォトニクス）とAIを組み合わせ、大規模ネットワーク時代のデジタルセキュリティに新たな選択肢を示す成果です（Nature Electronics 掲載）。
CO2レーザー溶接で「密閉ガラス容器」を自動製造——危険廃棄物の長期保管に（独LZH）
ドイツのレーザーセンター・ハノーバー（LZH）が、CO2レーザーで厚肉ガラス容器を溶接密閉する新製法を「LasGlaReLa」プロジェクトで開発しました。電気自動車の普及で増える電池材料や化学産業廃棄物は、環境保護・安全な取扱い・長期の構造健全性を同時に満たす「カテゴリーIV処分場」向け容器が必要です。化学的に極めて不活性なガラスは残留物と反応せず、将来の回収・リサイクルにも適します。従来の熱ガス法は入熱が制御しにくく残留応力が大きい上、自動化も難しいのが課題でした。研究チームは波長10.6µmのCO2レーザー1台で2つの接合部材を同時に加熱し、5mm厚の板ガラスを全厚にわたり微小空隙のない連続溶接。入熱後も機械的強度が保たれ（2週間保管後の応力試験で確認）、フタが重力で自然に沈み込むためクランプ治具が不要という独自方式です。高速で自動化に適します（Journal of Laser Applications 掲載）。
2色の赤外レーザーで分子の「かたち」を制御——隠れた指紋を暴く（フリッツ・ハーバー研究所）
ドイツ・フリッツ・ハーバー研究所の研究チームが、高度に同期させた2本の赤外（IR）レーザーを使い、分子が異なる立体構造（配座）へ切り替わる様子を制御できることを示しました。極低温のヘリウム液滴中の分子に波長の異なる2つのレーザーを当て、赤外分光で通常は見えない構造の「指紋」を引き出します。分子が化学反応の途中でどのように組み替わるかを観察する新しい窓口となり、反応を支配する微視的プロセスの基礎的理解につながります（Fritz Haber Institute）。
（銀のナノ構造で微弱な信号を増やし、花粉アレルゲン蛋白質の振動指紋をラマン分光で捉えた研究です。）
冷却不要で「置くだけ」の単一光子源——19インチラックに集積、室温動作（韓国KRISS）
韓国標準科学研究院（KRISS）が、極低温冷却を必要とせず室温で動作する単一光子源を、19インチラックに収まる小型装置として開発しました。電源を入れればすぐ使える「プラグ&プレイ」設計で、量子光源技術を実験室の外の実地利用へと近づけます。光子を1個ずつ生成する単一光子源は、量子通信・量子計算・量子センシングの出発点となる要素です。決定論的な空間マッピング技術で光子の位置を精密に定め、扱いやすさと安定性を両立しました（Laser & Photonics Reviews 掲載）。
カーボンナノチューブに狙って量子欠陥を作り込み、室温で光子を1個ずつ放たせる化学手法の研究です。
自宅で測る「肌の水分量」——近赤外の拡散反射で皮膚の奥まで（中国医学科学院／カーディフ大）
中国医学科学院・北京協和医学院とカーディフ大などのチームが、皮膚の水分量を手軽に測る小型の近赤外センサーを開発しました。アトピー性皮膚炎（AD）では水分保持が症状の鍵ですが、従来法は表面止まりで、皮膚病変や環境ノイズに弱く携帯測定が困難でした。そこで皮膚の各層から戻る光を解析する拡散反射分光を採用。910nmと970nmの2波長と専用プローブ形状で、表面ではなく皮下の水分変化を捉えます。温度で変わる皮膚の光学特性を補正する「温度対応アルゴリズム」を組み合わせ、光強度のゆらぎや熱ドリフトに強くしました。新指標「光学水和指数（OHI）」でAD患者と健常者を高精度に判別し、保湿剤塗布後の短時間の変化も追跡。在宅での非侵襲モニタリングに道を開きます（APL Photonics 掲載）。
660nmのレーザーで、生きたヒトの皮膚の硬さを触れずに深さごとに測る顕微鏡の研究です。
ハイドロゲル光ファイバで乳がんを内側から撮像——太さ0.1mm級の柔らかいファイバ（ハルビン工程大）
中国・ハルビン工程大の張宇（Yu Zhang）らが、生体適合性の高いハイドロゲル製マルチモード光ファイバ（HMMF）を開発しました。太さ約120〜200µmと細く、数百µm幅しかない乳管など体内の狭い空間にも入り込めます。クモの糸の紡糸に着想を得た延伸紡糸法で作り、水分を保って数日の安定性を確保、980nmで1.05dB/cmと低損失。ファイバ先端から光を送って組織のスペックル像を取得し、二段階のマルチモードファイバイメージングと深層学習で、正常・浸潤がん・乳管がんを93.97%の精度で分類しました。従来の硬いファイバより低侵襲で、乳がんの早期発見や体内センシング・手術ナビへの応用が期待されます（Optics Express 掲載）。
髪ほどの細さのファイバ越しに像を結ぶため、光の通り方を表す透過行列の測り方を比べた研究です。
散乱をむしろ味方に——「回折光ニューラルネットワーク」で濁った媒質越しに像を復元（UCLA）
米UCLA（Aydogan Ozcanら）が、生体組織のように光を散らす「濁った（散乱）媒質」の内部に、学習させた受動的な回折光ニューラルネットワークの層を層状に埋め込むことで、未知の散乱体の向こう側にある物体の像を光だけで復元する新方式を実証しました。散乱体の中に最適化した回折層を分散配置することで、光の伝搬そのものを情報復元プロセスの一部として使えます。可視光での実験でも像の復元に成功し、バイオメディカルイメージング、リモートセンシング、光通信への応用が期待されます（Laser & Photonics Reviews 掲載）。
光だけで動く内視鏡先端カメラ——世界初のチップオンチップFLIMマイクロカメラ（Tyndall）
アイルランドのTyndall National Instituteが、電池も配線も使わず「光」だけで駆動する超小型の生体内デバイスで2つの世界初を達成しました。外径わずか4mmの内視鏡スケールで、先端のカメラチップは光ファイバで送った光を多分割の太陽電池で受けて発電し、完全に光給電で動作します。さらに世界初となる内視鏡スケールの蛍光寿命イメージング（FLIM）マイクロカメラを実現し、30µm以下の微細構造を分解します（Optics Letters 掲載）。
不規則に強度を揺らした光で照らし、蛍光が消えるまでの時間の分布を高速に再構成する顕微鏡の研究です。
中赤外の光を画素ごとに操るメタサーフェス——2次元の画素単位制御を初めて実装（米MIT）
熱を加えると結晶とアモルファスの間で状態が変わる相変化材料を用いたメタサーフェスで、入ってくる中赤外光を画素ごとに独立して制御できる素子をつくりました。ディスプレイで使われる格子状の配線（クロスバー）を応用し、交点の下に置いたドープシリコンの発熱で各画素を切り替える構造で、2次元の画素単位制御を実装したのは初めてとしています。6×6画素の試作で繰り返し動作を確認し、可動部なしに焦点を変えられます。中赤外はメタンなど多くの分子が吸収する波長域で、ガス漏れ検知や熱画像、大気の監視への応用が想定されています。半導体工場の一般的な工程で作れる点も利点として挙げられています。
既設の光ファイバーで毎秒450テラビット——実回線で世界記録を更新（NICT／情報通信研究機構）
NICT（情報通信研究機構）と英ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンなど6機関が、ロンドン市内に既に敷設されている標準的なシングルモード光ファイバー39kmを使い、毎秒450テラビットの伝送に成功しました。O・E・S・C・Lの5帯域をまとめて使う波長分割多重（WDM）により、信号の帯域幅は42.4THz（1,264〜1,618nm）と過去最大、波長チャネル数は1,273に達します。従来記録（402／430Tb/s）はいずれも実験室のファイバーでの成果でしたが、今回は接続点や修復跡を含む実回線での実証で、敷設済み設備を活かして通信容量を伸ばせることを示しました（OFC2026ポストデッドライン発表、2026年6月1日公開）。
「割らずに卵の中を見る」——卵殻が光を閉じ込める性質を発見（伊・蘭）
イタリア・ミラノ工科大と孵卵装置メーカーHatchTech（オランダ）らのチームが、無傷の鶏卵に光を入れると、卵殻が「積分球」のように光子を何度も反射して閉じ込め、わずか4cmの卵の内部で光子が最大約2mもの距離を進むことを、時間分解の拡散光計測で発見しました。この性質を使えば、卵を割らずに胚の雌雄判定や受精・品質の評価を非侵襲で行える可能性があり、毎年大量に殺処分される雄ヒナの問題の解決にもつながると期待されます（Cell Press「Newton」6月19日掲載）。
揺らいで散乱する媒質の向こう側でも、行列の計算で像を復元するイメージング手法の研究です。
「マグノン運動量顕微鏡」でナノスケールのスピン波を直接可視化（マックス・ボルン研ほか）
独マックス・ボルン研究所（MBI）を中心に、ヘルムホルツ・センター・ベルリン、ナポリ大、スイス連邦工科大ローザンヌ（EPFL）の国際チームが、磁石中のスピンの集団励起「マグノン」を、軟X線を使って二次元の運動量空間で直接撮像する新手法「マグノン運動量顕微鏡（MMM）」を開発しました。実験ではマグノンが軟X線に対する動的な回折格子として働き、その回折パターンからナノメートル波長（テラヘルツ帯に相当）のマグノンの波長と振幅を1回の測定で決定できます。試料の微細加工を必要とせず高感度・高速で、代表的な磁性体イットリウム鉄ガーネット（YIG）で4マグノン散乱などの強い非線形相互作用を観測。波で情報処理する省エネな次世代コンピューティングの基盤研究を前進させます（Nature Physics 掲載）。
ナノ共振器で光を回折限界より小さく絞り込み、波長204nmのスピン波の位相を測った研究です。
持ち運べる「紫外デュアルコム分光計」で大気汚染物質を実時間で指紋分析（オーストリア・グラーツ工科大）
オーストリア・グラーツ工科大（TU Graz）のBirgitta Bernhardtらが、世界初の広帯域紫外（UV）デュアルコム分光計を小型・モバイル化し、大気汚染ガスを実時間で高精度に「指紋」分析できることを示しました。わずかに繰り返し周波数の異なる2台の周波数コムの干渉を使い、高い光周波数を扱いやすい無線周波数帯へ変換します。分解能1GHz・帯域12THz・1秒以下の取得時間で、最大2.5km先の分子の吸収スペクトルを捉えます。UV領域は分子の電子遷移を励起でき大気の光化学反応に直結する重要領域ですが、コム光源が乏しく未開拓でした。本装置はホルムアルデヒドの微細な吸収線を多数新たに観測し、1960年代以来教科書に載る回転定数の誤りを最大15%修正。複雑な電子安定化装置が不要で、大気計測・バイオセンシング・呼気診断への応用が期待されます（PhotoniX 掲載）。
色収差を「深さスキャナー」に——極薄メタレンズで可動部なしの3D共焦点イメージング（米ペンシルベニア州立大）
米ペンシルベニア州立大（Zhiwen Liu、Xingjie Niら）が、通常は「収差」として嫌われる色収差を逆手に取り、機械的な焦点走査なしで深さ方向の3D共焦点イメージングを行う極薄メタレンズを実証しました。波長ごとに異なる深さへ光を集める強分散メタレンズと広帯域光、共焦点ピンホールを兼ねる単一モード光ファイバを組み合わせ、色（波長）を深さに対応づけて反射スペクトルから直接深さ情報を読み取ります。可視域200nm帯で1.3mmの深さ範囲をカバーし、軸方向の空間帯域積は約68と従来のメタレンズ型色共焦点より大幅に向上。可動部が不要で小型化に適し、表面形状計測や半導体・微小光学部品の検査、内視鏡型イメージングへの応用が期待されます（Nano Letters 掲載）。
液晶フィルムを3枚重ね、色ごとの焦点ずれ（色収差）を抑えた薄型の回折レンズの研究です。
特別な素材なしで光を「ねじる」——自由空間で生まれるキラル光（英UEA／南ア Wits）
英イーストアングリア大（UEA）と南アフリカ・ヴィットヴァーテルスラント大（Wits）が、特別な材料やメタサーフェス、強い集光を使わずに光のキラリティ（ねじれ）とスピン角運動量を生成・制御する新手法を示しました。偏光が場所ごとに変化する構造化ビームを自由空間で伝搬させると、最初は円偏光成分が無くてもスピンが局所的に立ち上がり、領域ごとに分離します。鍵は伝搬しても保たれるビームの「トポロジー」で、パンチャラトナム位相指数が制御の指標になります。軌道角運動量（OAM）は整数で何通りにもねじれるため、情報符号化の「文字数」を大きく増やせます。生体・医薬品のキラルセンシングや、古典・量子通信への応用が期待されます（Light: Science & Applications 掲載）。
マイクロ共振器に液晶の渦構造を埋め込み、ねじれた光（軌道角運動量）を発振させた研究です。
小さな金属部品をミクロン精度で3D計測——「二光子デュアルコムLiDAR」（英ヘリオット・ワット大）
英ヘリオット・ワット大のDerryck Reidらが、精密測定機器メーカーRenishawとの共同で、対象までの距離を非接触でミクロン精度計測できる新方式のLiDARを開発しました。2台のモード同期レーザーが作るデュアルコム（光周波数コム）測距に、二光子吸収を使った完全電子式の検出を組み合わせ、40cm先のアルミ加工部品を9〜38ミクロンの精度で点群化。製造現場の非接触検査・品質管理への応用が期待されます（Optics Letters 掲載）。
ホログラフィック光学素子でレーザービームを走査し、上空から地形を3次元で計測したLiDARの研究です。
「メタサーフェス」で太陽の磁場を一発撮影——実用装置への初応用（UCサンディエゴ／BAE）
米UCサンディエゴのNoah Rubinらが、極薄の平面光学素子「メタサーフェス」を実用の科学観測装置に初めて組み込みました。太陽撮像メタサーフェス偏光計「SIMPol」は偏光を回折次数へ空間的に振り分け、可動部なしに複数の偏光画像を同時取得します。Dunn太陽望遠鏡で黒点の磁場を定量マッピングし、NASAの最新宇宙ミッションに匹敵する結果を得ました（Science Advances 掲載）。
短寿命の稀少同位体を「飛行中」にレーザー分光——韓国初、原子核構造研究へ（IBS IRIS）
韓国・基礎科学研究院IRISを中心とする共同チームが、稀少同位体ビームを用いた韓国初のレーザー分光実験に成功。イオン・原子ビームとレーザーを一直線に重ねるコリニアレーザー分光装置「CLaSsy」で、秒速約40万mで飛行する短寿命核の電子構造を崩壊前に測定しました（Journal of Instrumentation掲載）。
「仮想メタサーフェス」で光を自在に整形、20ミリ秒ごとに機能を書き換え（英ノッティンガム・トレント大）
英ノッティンガム・トレント大のMohsen Rahmaniらが、従来のメタサーフェスの代わりに空間光変調器で二次元の光学パターンを画素ごとにエミュレートする仮想メタサーフェスを開発。色の混合・赤外を可視に変換・焦点距離調整などを1つのデバイスで瞬時に切り替えられます（Advanced Photonics Nexus 掲載）。
空間光変調器の位相分布をその場で最適化し、複数の波長で明るさの揃った3次元像を得た顕微鏡の研究です。
「広い視野」を丸ごと学習するAIで蛍光画像を高精度復元「LargePNet」（北京大）
北京大のXi Pengらが、蛍光顕微鏡画像を復元する汎用AI「LargePNet」を開発。広い視野の統計情報をそのまま取り込む設計で大局的な相関を保ち、PSNRで0.5〜2dB改善、推論をCNNの約4倍高速化。200nm分解能の長時間タイムラプスや三色STED超解像を実現しました（Nature Communications 掲載）。
弱い光で細胞を傷めずに超解像で撮るため、観察できる視野を4倍に広げた研究です。
二次元材料ZnPS₃が単一光子を放出、量子チップへの新たな道（ワルシャワ大ほか）
ワルシャワ大・シンガポール国立大・ラドバウド大の共同チームが、層状二次元材料ZnPS₃から単一光子の放出を初観測。点欠陥がレーザー励起で規則的な光子の流れを生み、偏光度が高く量子暗号に好適。基板を選ばず微小光回路やシリコンチップに集積しやすい材料基盤です（ACS Nano掲載）。
カーボンナノチューブに狙って量子欠陥を作り込み、室温で光子を1個ずつ放たせる化学手法の研究です。
「数ピコメートルの鏡のズレ」が系外惑星の直接撮像を左右（米研究）
米国の研究チーム（Sanchez-Soriaら）が、分割鏡（セグメント鏡）を持つ将来の大型宇宙望遠鏡で系外惑星を直接撮像する際、鏡セグメント間のごくわずかな位置ずれ（波面ドリフト）が画像処理性能をどれだけ損なうかをシミュレーションで評価しました。コロナグラフと、RDI・ADI・CDIという3種の差分画像処理を比較したところ、地球型や金星型の惑星を検出するには「10分あたり2ピコメートル未満」というセグメント整列の安定性が必要だと判明。大規模な光学的ゆがみよりも、セグメント間の微小なズレの方がはるかに悪影響が大きいことを示しました。次世代宇宙望遠鏡の設計指針となる成果です（Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 掲載）。
液晶マイクロ共振器で離れたレーザーを同期、室温で「スーパーモード」発振
英サウサンプトン大・ワルシャワ大などの欧州チームが、液晶と有機色素を封入した微小な光共振器の中で、数十マイクロメートル離れた複数の微小レーザー発光点を自発的に位相同期させ、空間的に広がった単一のコヒーレント光「スーパーモード」として発振させることに成功。従来は極低温・強結合領域でしか観測されなかった現象を、室温・弱結合の簡素な材料系で実現しました。電圧で液晶分子の向きを変えると発光点間の結合のオン/オフや強度、出射方向・偏光まで動的に制御でき、光コンピューティングやニューラルネットワーク、再構成可能な集積光回路への応用が期待されます（Nature Communications 掲載）。
（微小な管状共振器の中で、光を閉じ込める共鳴の位置を作り替えられることを示した研究です。）
レーザーで光学部品に「位置合わせ」を作り込み、フォトニクス製造を低コスト化（英ヘリオット・ワット大）
英ヘリオット・ワット大発のFreeForm Photonicsが、光学ガラス部品そのものにレーザーで受動的な位置合わせ構造を直接作り込む製造法を実用化へ。フォトニクス製造コストの半分以上を占めてきた手作業のアライメント調整を不要にし、サブミクロン精度で高速・安価な組立を可能にします。量子コンピュータや次世代医療診断、光通信インフラなど、これまで手作業で組み立てられてきた光部品の量産化に道を開く成果で、スコットランド・エンタープライズの支援のもと事業化が進められています。
メラニンを正確に測る——ラマン分光の信号ゆがみを補正（ICFO）
スペイン・ICFO（光科学研究所）のチームが、生体に多く含まれるメラニン色素をラマン分光で正確に分析するための補正法を開発。強い蛍光バックグラウンドや、レイリー光除去フィルターに由来する波打ち（リップル）といった信号のゆがみを取り除き、色（色素量）の異なる試料どうしを正しく比較できるようにしました。皮膚や腫瘍など、メラニンが関わる組織の非侵襲診断への応用が期待されます（Journal of Physical Chemistry Letters 掲載）。
円偏光レーザーで核融合実験の後方散乱を低減、光学素子の損傷を抑制（米LLNL）
米ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）が、国立点火施設（NIF）の慣性閉じ込め核融合で使う192本のレーザーについて、光の偏光状態が「交差ビームエネルギー移行（CBET）」に与える影響をシミュレーションで解析。直線偏光ではなく円偏光を用いると、同じ円錐に入るビーム間のばらつきが減り、後方散乱（バックスキャッター）が抑えられて光学素子の損傷を低減できることを示しました。より高出力での運転や、将来のレーザー核融合施設の設計につながる成果です（Physics of Plasmas 掲載）。
室温の光共振器で世界最高クラスのレーザー周波数安定度を達成（英NPL）
英国立物理学研究所（NPL）が、室温で動作する全長68cmの光学リファレンス共振器を用い、レーザーの相対周波数不安定度4×10⁻¹⁷を達成。これまで同等の性能は複雑な極低温装置でしか実現できておらず、室温で到達したのは初めてとされます。レーザー線幅は12mHzに達しました。超安定レーザーは光格子時計（次世代の光原子時計）の中核技術であり、高精度な時刻・周波数標準やナビゲーション、基礎物理の検証を支える成果です（Optica 掲載）。
「超放射」でDLCZの壁を破る単一光子源、量子中継器の効率を改善（ウォータールー大IQC）
カナダ・ウォータールー大の量子コンピューティング研究所（IQC）のチームが、原子集団のスピン波から光子を取り出す読み出しを「超放射」で駆動する新方式の単一光子源を実証し、量子中継器の25年来の標準である DLCZ プロトコルを上回る読み出し効率と量子相関を達成しました。超放射は発光強度が原子数の2乗で強まるため、複雑な共振器を使わずに効率を高められます。長距離の量子鍵配送や将来の量子インターネットに向けた前進で、SPIE「Photonics for Quantum 2026」（6月、ウォータールー）で発表されました。
プログラムできる集積光回路の上で、単一光子や2光子の吸収のふるまいを再現した研究です。
「未開封のまま」有毒メタノールを検出するレーザー分光（セント・アンドルーズ大）
英セント・アンドルーズ大とオーストラリア・アデレード大のチームが、瓶を開けずに酒類中の有毒なメタノールを検出できる新しいラマン分光法を開発。レーザー光をリング状に整形し波長を微調整することで、瓶のガラスや主成分のエタノールからの信号を抑え、メタノール由来の信号だけを取り出します。緑・茶・青など着色ガラスの瓶でも、無色のジンやウォッカから着色したウイスキーまで対応し、検出下限0.2%（人体の安全限界の約1/10）を達成。偽造酒対策のほか、医薬品・化粧品などの非破壊検査への応用も期待されます（Journal of Physics: Photonics 掲載）。
蛍光の邪魔を抑えた785nm励起で、14種の農薬のラマン指紋を集めて機械学習で見分けた研究です。
室温・液晶マイクロ共振器で複数のレーザー点を同期、単一の「スーパーレーザー」に
英サウサンプトン大・ワルシャワ大らの国際チームが、液晶と有機色素を封入した微小な光共振器の中で、空間的に離れた複数の微小レーザー発光点を自発的に位相同期させ、全体が一つの広がったコヒーレント光源（スーパーモード）として振る舞う新方式を実証。従来は極低温・強結合領域でしか見られなかった集団的な振る舞いを、室温・弱結合の簡素な系で実現しました。電圧で液晶分子の向きを変えると発光点同士の結合のオン・オフや強度を制御でき、再構成可能なフォトニクス回路や光コンピューティングへの応用が期待されます（Nature Communications 掲載）。
「偏光まで測る」コヒーレントLiDARで距離・速度・材質を一度に取得
カナダ・トロント大とCiena社が、通信用のコヒーレント光モデムを送受信器に流用し、各走査点1回の計測で距離・速度に加えて表面の材質（偏光情報）まで同時に取得する新方式のLiDARを開発。直交2偏光を毎秒数百億回ランダム変調し、偏光の変化から距離・速度・材質を復元します。アイセーフ強度でミリ精度の測距を実現し、金属とプラスチックや本物と造花の判別、霧・雨など視界不良下での散乱透視も実証。ロボティクスや自動運転、リモートセンシングへの応用が期待されます（Optica 掲載）。
ホログラフィック光学素子でレーザービームを走査し、上空から地形を3次元で計測したLiDARの研究です。
ノイズに強い新種のもつれで次世代量子センサーを高精度化（JQI／JILA）
米JQI・JILAらの理論チームが、2つの原子集団を光共振器越しの光子のやり取りで結び付け、両センサーに共通するノイズには鈍感で「差分の信号」には鋭敏な新種のもつれ状態（リープ・マティス状態）を提案。デコヒーレンスフリー部分空間を使い、レーザー周波数の揺らぎなど現行の光格子時計を悩ませる共通ノイズを打ち消します。系を大きくするほど短時間で準備でき、実用的な量子センサーの規模拡大に向く点が特長です（Physical Review X 掲載）。
離れた3つの原子量子ビットを光で結ぶ「GHZ状態」を分散生成（Duke／IonQ）
米デューク大量子センターとIonQが、約2m離して置いた3モジュール内の単一バリウムイオンを、放出された単一光子の干渉を介して結び付け、3者間のもつれ「GHZ状態」をネットワーク越しに分散生成することに成功。局所2量子ビットゲートや事後選択を使わずに忠実度84〜88%を達成し、Merminの不等式を27σ破って検出ループホールも閉じました。単一の真空槽に頼らず光接続で量子処理ノードをつなぐ、モジュール型量子計算への道を示す成果です（arXiv公開）。
光音響イメージングで生体組織内のマイクロプラスチックを初めて可視化
英UCL・キングストン大・バーミンガム大（Stephen Patrickら）が、組織にレーザーパルスを当て、マイクロプラスチック特有の光吸収で生じる微弱な超音波を検出する「光音響イメージング」により、生きたマウス体内深部のマイクロプラスチックを非侵襲・高分解能で初めて地図化。ポリプロピレンやポリエチレンの粒子を、化学標識なしで数か月にわたり追跡できました。信号量が蓄積量に比例するため、日常的な曝露と健康影響を結びつける研究への応用が期待されます（Advanced Science 掲載）。
世界最高クラス「2.0kW」のレーザーダイオードバーを開発（浜松ホトニクス）
浜松ホトニクスが、NEDO委託事業として単一バーで世界最高クラスとなる連続2.0kW出力の半導体レーザー（LD）バーを開発。LDバーは多数の発光部を一列に並べた素子で、高出力・高エネルギーの固体レーザー励起に多数使われるため、1バーあたりの高出力化が強く求められていました。成果は国際半導体レーザー会議（ISLC 2026・フィンランド／タンペレ、6月14〜17日）で発表。レーザー加工や核融合用レーザーの励起源の小型化・低コスト化につながると期待されます。
「畳み込み分光器」で約$10・センチ角の高精度分光チップ
英ケンブリッジ大とGlitterinTechが、畳み込み定理を光の領域で直接実行する新方式の「畳み込み分光器（ConvSpec）」を開発。アンバランスMZIやマイクロリング共振器を縦続接続し、位相を比例制御して分光応答をずらすことで、約10ドル・センチ角ながら据置型を上回る精度を実現しました。窒化ケイ素フォトニクス上に集積し近赤外（1200〜1700nm）で動作。プラスチックや医薬品の判別、非侵襲の血糖・血中乳酸モニタリングなどを実証しています（Nature Photonics 掲載）。
安価な「ハイブリッド固液レンズ」で大型組織を高解像3Dイメージング
米コロンビア大（Raju Tomerら）が、曲率のある固体レンズと屈折率を精密に合わせた液浸液を一体化し、単一の光学系として働かせる「ハイブリッド固液光学（HySIL）」を開発。安価な空気対物レンズで、各種の組織透明化法に対応しつつセンチメートル大の組織をサブミクロン分解能・収差なく撮像できます。ライトシート顕微鏡に統合し、マウス全脳やヒトがん生検の3D病理などへの応用を示しました（Nature Biotechnology 掲載）。
透明化した組織を3Dで見るライトシート顕微鏡を、市販部品だけで安く自作できるようにした研究です。
光を「映す」と「読む」を同時にこなす新型ピクセル（ETHチューリッヒ）
スイス連邦工科大学チューリッヒ校（ETH）のDavid Norrisらが、光を出して画像を映すだけでなく、入ってくる光を解析して撮影もできる新型ピクセル「フーリエピクセル」を開発しました。ナノメートル精度で彫り込んだ表面で光を干渉させ、明暗（強度）に加えて位相や偏光まで制御・解析できます。従来のピクセルは「表示」か「撮像」のどちらかしかできませんでしたが、両方を1画素で兼ねられるため、将来はカメラとディスプレイを一体化した双方向デバイスへの応用が期待されます（Nature、6月24日掲載）。
世界初の「核時計」が稼働——原子核の振動で時を刻む（欧州・中国）
欧州（ウィーン工科大ら）と中国（清華大ら）の2チームが、原子核のエネルギー準位の遷移で時を刻む世界初の「核時計（nuclear clock）」をそれぞれ実証しました。現在の光原子時計が電子のエネルギー準位を使うのに対し、核時計はトリウム229の原子核を紫外レーザーでわずかに励起し、その「振動」を基準にします。両チームはレーザー光の吸収信号を監視して周波数を核遷移にロックし、時計の刻みが時間とともにずれないようにしました。原子核は外乱に強く結晶中で保護されるため、より頑健で可搬性が高く、将来はより高精度な時計や、核内部の力を探る新たな手段になると期待されます（arXivに6月公開、Natureが報道）。
極薄半導体で「もつれ光子」を高効率生成、忠実度99%超（ウィーン大ら）
ウィーン大学のBenjamin Braunらが、伊ラクイラ大・米コロンビア大と共同で、原子数層の極薄半導体「遷移金属ダイカルコゲナイド（TMD）」を周期的に分極反転させ、もつれ光子対を高効率に生成する手法を実証しました。自発パラメトリック下方変換（SPDC）では通常、嵩高い非線形結晶と複雑な光学系で位相整合を取る必要がありますが、TMDの非線形性を周期的に反転させて「擬似位相整合」を実現し、コヒーレンス長の制約を超えて変換効率を高めました。偏光もつれの忠実度は99%超を維持。ナノフォトニクス上に集積できる量子光源として、量子鍵配送や量子センサーへの応用が期待されます（arXiv公開）。
光量子プロセッサをGPUスパコンに直結、低遅延統合を実証（Quandela／NVIDIA）
仏Quandelaが、自社の光（フォトニック）量子プロセッサ（QPU）とNVIDIAのGPUインフラを、低遅延インターフェース「NVQLink」とFPGAベースの量子制御装置を介して直結する経路を実証しました。従来クラウドAPIやジョブキュー経由だった量子計算を、GPUと並ぶ「アクセラレータ」としてHPC環境の内側に同居させる新しい実行モデルを示すものです。光回路は推論中も同じ構成を保てるため、単一光子を用いる光量子計算は量子機械学習（量子リザバー計算や量子特徴マップなど）に好適。量子コンピュータをスパコンに組み込む一歩で、独・ハンブルクのISC High Performance 2026で発表されました。
レーザーで試料を非接触回転、繊細な細胞を高精細3D撮像（KIT）
独カールスルーエ工科大（KIT、Moritz Kreysing／Fan Nanら）が、レーザーで液中に微小な温度差を作り、生じる緩やかな流れで浮遊する細胞などの試料を3次元すべての方向に非接触で回転させる手法を開発。ピペットや針といった微小工具を使わず試料を傷めずに様々な角度から撮像でき、複数視点の像を統合してより高精細な3次元像を得られます。基礎医学研究のほか、非接触の微小操作・微小ロボティクスや超精密加工への応用も期待されます（Light: Science & Applications 掲載）。
量子ドット単一光子源で120kmの量子鍵配送
独中の国際チームが、テレコム帯の半導体量子ドットが放つオンデマンド単一光子と時間ビン符号化を用い、120km超の光ファイバーで安定した量子鍵配送（QKD）を実証。6時間以上の連続運転を実現し、固体単一光子源を使う実用的な量子通信網への一歩となりました（Light: Science & Applications 掲載）。
超広視野・深部対応の2光子顕微鏡「ULTRA」で脳を多階層イメージング
研究チームが、50mm²を超える超広視野で単一細胞分解能を保つ最先端の2光子顕微鏡「ULTRA」を開発。補償光学を組み込み、表層から深さ900μmまで、横方向7mm超・体積45.24mm³にわたってマウス脳の構造と神経活動を生きたまま可視化しました。広く離れた複数の脳領域を高分解能で同時に観察でき、大規模な神経回路の包括的な解析に向けた強力なツールとなります（Light: Science & Applications 掲載）。
28フェムト秒の超短パルスで、2光子・3光子・高調波の像を同時に取得する多光子顕微鏡の研究です。
AIで超解像SIMをリアルタイム化「UBSIM」
米UCサンディエゴ校が、構造化照明顕微鏡（SIM）の画像再構成にAI（アルゴリズム・アンローリング）を組み込んだ「UBSIM」を開発。物理モデルに基づくため偽構造（ハルシネーション）を抑えつつ、生細胞を最大50フレーム/秒の超解像動画で観察できます（Nature Communications 掲載）。
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