高橋義朗 理学研究科教授、田家慎太郎 同助教、高須洋介 同准教授、津野琢士 同修士課程学生（研究当時）らの研究グループは、小澤知己 東北大学教授と共同で、極低温のルビジウム原子を用いた実験により、「トポロジカル原子レーザー」の発振に世界で初めて成功しました。
本研究では、光（レーザー）の分野で発展してきた「非エルミート量子力学（利得と损失を伴う物理学）」を原子の世界に拡张するため、原子の内部状态を人工的な空间次元（人工次元）と见なす手法を用いました。さらに、通常は原子を冷却するために用いる「蒸発冷却」のプロセスを通して、特定の高エネルギー状态（トポロジカル端状态）にある原子を集中的に増やす「実効的な利得（増幅）」のメカニズムを新たに开発しました。
この成果は、中性原子を用いた量子シミュレーションの可能性を広げるとともに、将来的に外部のノイズに强い高感度な量子センサーや、新しい原理に基づく原子デバイスの开発につながると期待されます。
本研究成果は、2025年12月13日に、「Nature Communications」にオンライン掲載されました。
研究者のコメント
「今回実现した『トポロジカル原子レーザー』は、端状态特有の『乱れに强い』という性质を持つことが期待されます。この特性は、现在の量子コンピューター开発における最大の课题である『ノイズによるエラー』を克服できるかもしれない『トポロジカル量子コンピューター』の基础原理にも通じるものです。现在活発に行われている中性原子を用いた量子コンピューターとは异なった発想に基づくものであり、中性原子を用いた量子情报処理の裾野の広さを示す研究であると思います。」（高须洋介）
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【书誌情报】
Takuto Tsuno, Shintaro Taie, Yosuke Takasu, Kazuya Yamashita, Tomoki Ozawa, Yoshiro Takahashi (2026). Gain engineering and atom lasing in a topological edge state in synthetic dimensions. Nature Communications, 17, 421.
日刊工業新聞（2025年12月24日 21面）に掲載されました。
