物理学ニュース 2026年1月

On 29 January 2026, the LIGO–Virgo–KAGRA collaborations published in Physical Review Letters a detailed analysis of GW250114 — the loudest gravitational-wave signal detected to date. The signal was recorded by the two LIGO detectors on 14 January 2025 from the merger of two black holes, with an exceptionally high signal-to-noise ratio.

Because it is so loud, GW250114 enables "black-hole spectroscopy." After the merger, the newly formed black hole "rings down," emitting a spectrum of damped oscillations (quasinormal modes) whose frequencies and decay times are fixed by the remnant's mass and spin. The analysis finds that the post-merger signal requires at least two quasinormal modes, and that the dominant quadrupolar mode and its first overtone match the predictions of the Kerr metric — Einstein's rotating–black-hole solution — to within tens of percent. The authors describe it as the most stringent single-event test of general relativity and of the Kerr nature of black holes to date. A companion paper used the same event to test Hawking's black-hole area law.

2026年1月29日、LIGO・Virgo・KAGRAの国際共同研究は、これまでに検出された中で最も「音量の大きい」重力波信号GW250114の詳細解析をPhysical Review Letters誌に発表した。この信号は2025年1月14日、2台のLIGO検出器が2つのブラックホールの合体から極めて高い信号対雑音比で記録したものである。

信号が非常に強いため、GW250114では「ブラックホール分光（black-hole spectroscopy）」が可能になる。合体後、新たに誕生したブラックホールは「リングダウン」して減衰振動（準固有振動モード, quasinormal mode）のスペクトルを放出し、その振動数と減衰時間は残されたブラックホールの質量とスピンだけで決まる。解析の結果、合体後の信号には少なくとも2つの準固有振動モードが必要であり、主要な四重極モードとその第一倍音が、アインシュタインの回転ブラックホール解であるカー計量の予言と数十%の精度で一致した。著者らはこれを、単一イベントによる一般相対論とブラックホールのカー性に対する史上最も厳密な検証と位置づけている。なお、姉妹論文では同じイベントを用いてホーキングのブラックホール面積定理が検証された。

When a quantum many-body system is periodically or randomly "driven," it usually absorbs energy and heats up toward a featureless, infinite-temperature state, destroying any interesting structure. On 28 January 2026, a team from the Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences and collaborators reported in Nature that they used a two-dimensional superconducting quantum processor, Chuang-tzu 2.0 — 78 qubits arranged in a 6×13 lattice with 137 tunable couplers — to observe a long-lived "prethermal" regime in which heating is dramatically suppressed.

The system was initialized in a density-wave pattern and driven by sequences of structured random pulses characterized by an integer "multipolar order" n. By tracking the particle-number imbalance and the growth of subsystem entanglement entropy over up to 1,000 driving cycles, the team observed a prethermal plateau whose lifetime is "doubly tunable": it can be extended both by raising the driving frequency and by increasing n, growing algebraically with frequency with a universal exponent 2n+1. They also saw a crossover from area-law to volume-law entanglement. Because the dynamics of 78 interacting qubits in two dimensions lie beyond tensor-network simulation, the result showcases superconducting processors as a tool for probing non-equilibrium phases that classical computers cannot easily reach.

量子多体系を周期的・ランダムに「駆動」すると、通常はエネルギーを吸収して加熱し、特徴のない無限温度状態へと向かってしまい、興味深い構造は失われる。しかし2026年1月28日、中国科学院物理研究所と共同研究チームは、二次元超伝導量子プロセッサ「荘子（Chuang-tzu）2.0」——6×13の格子に並んだ78量子ビットと137個の可調カプラー——を用いて、加熱が劇的に抑制される長寿命の「前熱平衡（prethermal）」領域を観測したとNature誌に発表した。

系を密度波状態に初期化し、整数の「多極子次数（multipolar order）n」で特徴づけられる構造化されたランダムパルス列で駆動した。最大1,000サイクルにわたり粒子数インバランスと部分系のエンタングルメントエントロピーの成長を追跡したところ、前熱平衡プラトーが現れ、その寿命は「二重に調節可能」であることが示された——駆動周波数を上げても、nを増やしても伸び、周波数に対して普遍的指数2n+1で代数関数的に長くなる。また面積則から体積則へのエンタングルメントスケーリングのクロスオーバーも観察された。二次元の78量子ビットのダイナミクスはテンソルネットワーク法による古典シミュレーションの限界を超えており、超伝導プロセッサが古典計算機では届かない非平衡相を探る有力なプラットフォームであることを示した。

Arrays of neutral atoms and optical-cavity quantum electrodynamics (cavity QED) have grown into two of the central platforms of experimental quantum science, but combining them has been difficult: previous experiments could only couple an entire atom array to a single shared cavity mode, limiting addressability and scalability. On 28 January 2026, a Stanford-led team (Jonathan Simon’s group) reported in Nature a "cavity-array microscope" that gives each atom its own cavity.

The design uses intra-cavity lenses and a microlens array to engineer a two-dimensional array of more than 40 micron-scale cavity modes — in one configuration, 43 modes producing 86 fluorescence spots — each strongly coupled to a single rubidium atom held in free space, with above-unity peak cooperativity and without any nanophotonic structures near the atoms. This parallel, individually addressable atom–cavity interface is a promising route to fast non-destructive atom readout, large-scale quantum networks, and engineered hybrid atom–photon Hamiltonians, and is compatible with the geometries used in Rydberg atom-array quantum computers.

中性原子のアレイと光共振器量子電磁力学（空洞QED）は、実験量子科学の中核をなす二大プラットフォームへと発展してきたが、両者の組み合わせは難しかった——従来の実験では原子アレイ全体をただ一つの共有空洞モードに結合するだけで、アドレッシング性や拡張性が制限されていた。2026年1月28日、スタンフォード大学（ジョナサン・サイモンらのグループ）は、各原子にそれぞれ専用の空洞を与える「空洞アレイ顕微鏡」をNature誌に発表した。

この設計では、空洞内レンズとマイクロレンズアレイを用いて、ミクロンスケールの空洞モードを40以上二次元状に作り出し（ある構成では43モードが86個の蛍光スポットを生成）、それぞれが自由空間に保持された単一のルビジウム原子に強結合する。原子の近くにナノフォトニクス構造を置かずに、ピーク協同性（cooperativity）が1を超える強結合を実現した。この並列かつ個別アドレッシング可能な原子–空洞インターフェースは、高速で非破壊的な原子読み出し、大規模量子ネットワーク、原子–光子ハイブリッドハミルトニアンの実装への有望な道を開き、リュードベリク原子アレイ型量子コンピュータの幾何配置とも互換である。

"Runaway stars" are stars hurtling through the galaxy at unusually high speeds, having been flung away from the regions where they were born. A team led by the Institute of Cosmos Sciences of the University of Barcelona (ICCUB) and the Institute of Space Studies of Catalonia (IEEC), with the Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), has carried out the most extensive observational study to date of massive O-type runaway stars in our Milky Way, analysing their rotation and binarity.

Two competing scenarios are thought to launch such stars: the "dynamical ejection" scenario, in which gravitational interactions in a dense young cluster fling a star out, and the "binary supernova" scenario, in which the supernova explosion of a companion in a binary system kicks the surviving star away. By statistically characterising how fast these O-type runaways spin and how often they have binary companions, the study helps disentangle which mechanism dominates and flags new candidates for exotic systems — including high-energy binaries that may host neutron stars or black holes. The results were published in Astronomy & Astrophysics.

「逃走星（runaway star）」とは、生まれた領域から弾き飛ばされ、銀河を異常に高速で移動している星である。バルセロナ大学宇宙科学研究所（ICCUB）とカタルーニャ宇宙研究所（IEEC）、およびカナリア諸島天体物理学研究所（IAC）が主導したチームは、天の川銀河における大質量のO型逃走星について、その自転と連星性を解析した、これまでで最も大規模な観測的研究を行った。

こうした星を放出するシナリオは二つ競合している。一つは「力学的放出（dynamical ejection）」で、密集した若い星団内の重力相互作用で星がはじき飛ばされる。もう一つは「連星超新星（binary supernova）」で、連星系の伴星が超新星爆発を起こし、生き残った星が蹴り飛ばされる。これらO型逃走星の自転速度と連星伴星を持つ頻度を統計的に特徴づけることで、どちらのメカニズムが優勢かを見極め、中性子星やブラックホールを伴う高エネルギー連星など、エキゾチックな天体の新たな候補を見つけやすくなる。成果はAstronomy & Astrophysics誌に発表された。

Superfluids flow without resistance and are usually regarded as a low-temperature ground state — once formed, they keep flowing indefinitely. On 28 January 2026, a Columbia-led team (C. R. Dean’s and J. I. A. Li’s groups, first author Yihang Zeng) reported in Nature that they observed the opposite behaviour in a system of excitons: an insulating phase that “melts” into a superfluid as conditions change.

The excitons — bound pairs of an electron in one layer and a hole in an adjacent layer — were hosted in a graphene double-layer structure — two closely spaced but electrically isolated graphene layers — under an applied magnetic field (magnetoexcitons). By tuning the spacing between excitons through the layer charge imbalance, the team drove a transition between a superfluid state (in which the paired excitons flow coherently) and an insulating state (in which they lock in place). Observing an insulating phase that gives way to a superfluid is, in the authors’ words, unprecedented, and the platform offers a clean, tunable route to study strongly correlated bosons and long-standing questions about supersolidity in a solid-state setting.

超流動は抵抗なく流れ、通常は低温の基底状態と見なされる——一度形成されれば永遠に流れ続ける。しかし2026年1月28日、コロンビア大学を中心とするチーム（C. R. DeanとJ. I. A. Liの両グループ、筆頭著者はYihang Zeng）は、エキシトン系でその逆の振る舞い——条件変化によって絶縁体相が超流動へと「融ける」——を観測したとNature誌に発表した。

このエキシトンは、一方の層の電子と隣接層の正孔が束縛した対（磁場下で形成される磁気エキシトン）で、電気的に絶縁された近接二層からなるグラフェン二重層構造中に保持された。層間の電荷不均衡を介してエキシトン間の間隔を調節することで、対をなすエキシトンがコヒーレントに流れる超流動状態と、その場に固定される絶縁体状態の間の転移を引き起こした。絶縁体相が超流動へと移ろう様子を観測したのは前例がなく、このプラットフォームは強相関ボソンや、固体中の超固体をめぐる長年の問いを、清浄かつ可調な形で探る道を開く。

Graphene’s prized fast, low-dissipation electron transport comes from its two-dimensional honeycomb lattice — but that two-dimensionality also makes it fragile and hard to use at scale. On 27 January 2026, a University of Liverpool-led team reported in the journal Matter that a three-dimensional crystal, hafnium distannide (HfSn₂), can host some of the same 2D-like electronic behaviour inside a robust bulk material.

The key is what the authors call decoupling structural and electronic dimensionality: HfSn₂ is built from a 3D honeycomb arrangement with a chiral stacking, and although the crystal is fully three-dimensional, its electrons move as if confined to two-dimensional sheets. Because the material is intrinsically 3D, it is more stable than an atomically thin flake while still showing the fast, low-energy transport wanted for next-generation low-power logic and spintronic devices, which could ease the practical hurdles to using graphene-like physics at scale.

グラフェンの高速で低損失な電子伝導は、その2次元ハニカム格子に由来するが、その2次元性は同時に材料を倣弱にし、大規模な利用を難しくしていた。2026年1月27日、リバプール大学を中心とするチームは、3次元結晶である二スズ化ハフニウム（HfSn₂）が、頑丈なバルク材料の中にグラフェンと同様の2次元的な電子振る舞いの一部を宿し得るとMatter誌に発表した。

鍵となるのは、著者らが「構造的次元と電子的次元の分離」と呼ぶ現象である。HfSn₂はキラルな積層を伴う3次元ハニカム構造からなり、結晶自体は完全に3次元でありながら、電子はまるで2次元シートに閉じ込められたかのように振る舞う。本質的に3次元であるため、原子スケールの薄片よりも安定でありながら、次世代の低消費電力ロジックやスピントロニクス素子に望まれる高速・低エネルギーな伝導を示し、グラフェン様の物理を大規模に利用する際の実用上の障壁を緩和し得る。

In late January 2026, Alexander Venner, Andrew Vanderburg and collaborators reported in The Astrophysical Journal Letters the discovery of HD 137010 b, an Earth-sized transiting planet candidate orbiting a tenth-magnitude K-dwarf about 146 light-years away. The signal was recovered from archival K2 photometry (Campaign 15, 2017), and archival radial velocities, astrometry and imaging were used to rule out the conventional false-positive scenarios.

The planet sits near the outer edge of its star's habitable zone. With an estimated equilibrium temperature of about -68 °C (for zero albedo) it is "cool" rather than temperate, but as a bright, nearby, Earth-sized world it is an attractive target for follow-up. Because only a single transit has been observed, confirmation requires the detection of a second transit — for example with TESS or CHEOPS — while the expected radial-velocity signal of just ~13 cm/s lies beyond the reach of current spectrographs.

2026年1月下旬、Alexander Venner、Andrew Vanderburgらは、約146光年先の10等級K型矮星をまわる地球サイズの通過惑星候補HD 137010 bの発見をThe Astrophysical Journal Letters誌に報告した。この信号は2017年のK2（キャンペーン15）アーカイブ測光データから回収され、アーカイブの視線速度・アストロメトリ・撮像データによって従来型の偽陽性シナリオが排除された。

この惑星は主星のハビタブルゾーン（生命居住可能領域）の外縁付近を公転している。推定平衡温度は約-68℃（アルベド0の場合）と「温暖」というより「低温」だが、明るく近傍にある地球サイズの世界として追観測の有望なターゲットとなる。観測されたトランジットは1回のみのため、確認にはTESSやCHEOPSなどによる2回目のトランジット検出が必要で、予想される視線速度信号はわずか約13 cm/sと現行の分光器の検出能力を下回る。

One of cosmology's most stubborn puzzles is how supermassive black holes (SMBHs), weighing millions to billions of solar masses, already existed less than a billion years after the Big Bang. The “heavy-seed” picture assumed they had to start from massive seeds (~10⁴–10⁵ solar masses) formed by direct collapse, because ordinary stellar-mass (“light”) seeds were thought to grow too slowly. Researchers at Maynooth University (Ireland) now argue, in a study published in Nature Astronomy, that this assumption may be unnecessary.

Using high-resolution cosmological simulations, the team showed that in the dense, turbulent, gas-rich environments of the first galaxies, light seeds (the remnants of the first stars) could undergo episodes of extremely rapid, even super-Eddington, accretion. The chaotic conditions funnel gas onto the seeds far faster than the smooth, idealized models assume, allowing modest beginnings to balloon into billion-solar-mass giants within the first few hundred million years. The result reopens the light-seed channel as a viable route to the earliest SMBHs seen by JWST.

ビッグバンからわずか10億年足らずの時点で、太陽の数百万〜数十億倍に達する超巨大ブラックホール（SMBH）がすでに存在していた——これは宇宙論の最も根強い難問の一つである。従来の「重い種（heavy seed）」仮説では、通常の恒星質量の「軽い種」では成長が遅すぎるため、直接崩壊で生まれた重い種（太陽質量の約10⁴〜10⁵倍）から出発する必要があると考えられてきた。アイルランドのメイヌース大学の研究チームは、Nature Astronomy誌に発表した研究で、この前提が不要かもしれないと主張する。

高解像度の宇宙論シミュレーションにより、最初の銀河の高密度・乱流・ガス豊富な環境では、軽い種（初代星の残骸）がエディントン限界を超えるほど極めて急速な降着を繰り返しうることを示した。理想化された滑らかなモデルが仮定するよりもはるかに速くガスが種に流れ込み、最初の数億年のうちに控えめな出発点が太陽質量の10億倍級の巨大ブラックホールへと膨れ上がる。JWSTが捉えた最初期SMBHへの到達経路として、「軽い種」シナリオが再び有力候補として浮上した。

On 26 January 2026, a team using JWST’s COSMOS-Web survey published in Nature Astronomy an ultra-high-resolution, wide-area map of dark matter, reconstructed from weak gravitational lensing — the subtle distortion that intervening mass imprints on the shapes of roughly 250,000 background galaxies across about half a square degree of sky. It is the largest map of its kind and reaches more than twice the resolution of earlier space-based (Hubble) surveys.

The map traces the cosmic web in unprecedented detail: dense clumps of dark matter linked by filamentary "bridges," along which gas and galaxies are distributed, plus previously unseen low-mass galaxy groups too faint or distant for other telescopes. Tracing mass structures out to redshift z ≈ 2 (with the most distant structure at z ≈ 1.1), the data provide a sharp new benchmark for testing cosmological simulations — and any disagreement at sufficient precision could hint at new physics in how dark matter behaves on the largest scales.

2026年1月26日、JWSTのCOSMOS-Webサーベイを用いた研究チームは、超高解像度かつ広域の暗黒物質マップをNature Astronomy誌に発表した。約0.5平方度の天域にわたる約25万個の背景銀河の形が、手前の質量によってわずかに歪む「弱い重力レンズ効果」から再構成したもので、この種のマップとしては最大規模であり、従来の宇宙望遠鏡（ハッブル）によるサーベイの2倍以上の解像度を達成した。

このマップは宇宙の大規模構造（コズミック・ウェブ）をかつてない精細さで描き出す——暗黒物質の濃い塊が「フィラメント状の橋」でつながり、その流れに沿ってガスや銀河が分布する様子、さらに他の望遠鏡では暗すぎる・遠すぎて見えなかった低質量の銀河群までもが捉えられた。赤方偏移 z ≈ 2まで（最遠の構造は z ≈ 1.1）の質量構造を捉えるこのデータは、宇宙論シミュレーションを検証する鋭い新たな基準を与える。十分な精度で食い違いが見つかれば、暗黒物質が最大スケールでどう振る舞うかについて新しい物理の手がかりとなりうる。

Sulfur-bearing molecules are thought to have played key roles in the biochemistry of early life, so finding them in space is of great interest — yet until now, interstellar detections of sulfur organics had been limited to molecules with at most nine atoms. On 23 January 2026, an international team reported in Nature Astronomy the detection of a six-membered, sulfur-bearing cyclic hydrocarbon: 2,5-cyclohexadien-1-thione (a 13-atom structural isomer of thiophenol), toward the Galactic Center molecular cloud G+0.693−0.027, some 27,000 light-years away.

To make the identification, the team first measured the molecule's rotational spectrum in the laboratory using a chirped-pulse Fourier-transform microwave spectrometer, obtaining the precise "fingerprints" needed to search for it in radio-telescope data. The molecule now ranks as the largest interstellar sulfur-bearing species known. The authors argue it may herald a whole new family of prebiotically relevant sulfur compounds, potentially bridging the chemistry of the interstellar medium with the sulfur inventory found in asteroids, comets and meteorites of our own Solar System.

硫黄を含む分子は、初期生命の生化学で重要な役割を果たしたと考えられており、それを宇宙で見つけることは大きな関心を集める——しかしこれまで、星間空間での硫黄有機分子の検出は、最大でも9原子の分子に限られていた。2026年1月23日、国際チームは、六員環の硫黄含有環状炭化水素である2,5-シクロヘキサジエン-1-チオン（チオフェノールの13原子の構造異性体）を、約2万7000光年離れた銀河中心の分子雲G+0.693−0.027に向けて検出したとNature Astronomy誌に報告した。

同定のため、チームはまずチャープパルス・フーリエ変換マイクロ波分光器を用いて実験室でこの分子の回転スペクトルを測定し、電波望遠鏡データ中で探すのに必要な精密な「指紋」を得た。この分子は、既知の星間硫黄含有分子として過去最大となる。著者らは、これが生命前駆的に重要な硫黄化合物のまったく新しいファミリーの先触れであり、星間物質の化学と、太陽系の小惑星・彗星・隕石に見られる硫黄の目録とを橋渡しする可能性があると論じている。

The pseudogap is one of the central mysteries of high-temperature (cuprate) superconductors: a strange metallic state appearing above the superconducting transition, in which part of the electronic states seem to "disappear" even though the material is neither an ordinary metal nor a superconductor. On 23 January 2026, a team led by Immanuel Bloch at the Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ), with collaborators including the Flatiron Institute, reported a quantum-simulation study of this regime in PNAS.

Using a quantum gas microscope that realizes the Fermi–Hubbard model with ultracold lithium atoms in an optical lattice, the team measured spin and charge correlations up to fifth order across a wide range of dopings and temperatures. As the system was cooled into the pseudogap regime, they observed a universal scaling behaviour of magnetic and higher-order spin–charge correlations, together with a doping-dependent suppression of the spin stiffness accompanied by the growth of higher-order correlations. The result offers a clean, microscopic view of how correlations build up at the onset of the pseudogap — a key step toward understanding unconventional superconductivity.

擬ギャップ（pseudogap）は、高温（銅酸化物）超伝導体の中心的な謎の一つである。超伝導転移温度より上で現れる奇妙な金属状態で、通常の金属でも超伝導体でもないのに電子状態の一部が「消える」ように見える。2026年1月23日、マックス・プランク量子光学研究所（MPQ）のイマヌエル・ブロッホ率いるチームは、フラットアイアン研究所などとの共同研究により、この領域の量子シミュレーション研究をPNAS誌に発表した。

光格子中の極低温リチウム原子でフェルミ・ハバード模型を実現する量子ガス顕微鏡を用い、幅広いドーピングと温度にわたってスピン・電荷相関を5次まで測定した。系を擬ギャップ領域まで冷却すると、磁気的相関および高次のスピン・電荷相関に普遍的なスケーリング則が現れ、ドーピングに依存してスピン剛性が抑制されると同時に高次相関が成長する様子が観測された。この成果は、擬ギャップ発現時に相関がどのように立ち上がるかを微視的かつクリーンに描き出すもので、非従来型超伝導の理解に向けた重要な一歩である。

On 22 January 2026, the Dark Energy Survey (DES) Collaboration released the culmination of its program: for the first time it combined all six years of weak-gravitational-lensing and galaxy-clustering data, and — as envisioned at the survey’s inception 25 years ago — it brought together all four of its dark-energy probes in a single experiment: baryon acoustic oscillations (BAO), Type-Ia supernovae, galaxy clusters, and weak lensing.

DES mapped hundreds of millions of galaxies using the Dark Energy Camera on the Víctor M. Blanco 4-metre Telescope at the Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile. The completed multi-probe analysis — a summary of 18 supporting papers, submitted to Physical Review D — yields constraints on the cosmic expansion history about twice as tight as previous analyses. Tested against the standard ΛCDM model (constant dark-energy density) and an extended wCDM model, the data show a weak preference for dark energy that evolves over time, consistent with recent hints from the DESI survey, while remaining broadly compatible with ΛCDM.

2026年1月22日、ダークエネルギーサーベイ（DES）国際共同研究は、計画の集大成となる成果を公開した。初めて90億に及ぶ銀河の弱重力レンズと銀河クラスタリングの6年間全データを統合し、さらに調査開始から25年越しに構想されていた通り、バリオン音響振動（BAO）・Ia型超新星・銀河団・弱重力レンズという4つの暗黒エネルギー探査手法を単一の実験で初めて組み合わせた。

DESは、チリのセロ・トロロ米州間天文台にあるヴィクトル・M・ブランコ4m望遠鏡のダークエネルギーカメラを用いて、数億個の銀河をマップした。今回完成したマルチプローブ解析は18本の補足論文をまとめたもので、Physical Review D誌に投稿された。宇宙膨張史に対する制限は従来の約２倍と厳しくなっている。標準的なΛCDMモデル（暗黒エネルギー密度が一定）と拡張されたwCDMモデルの両方と照らし合わせたところ、データは時間とともに進化する暗黒エネルギーをわずかに支持した——これはDESIサーベイの近年の示唆と整合しつつ、ΛCDMともおおむね整合的である。

In 1915 Einstein and Wander de Haas showed that changing the magnetization of an object sets it mechanically rotating — a direct manifestation of the conservation of total angular momentum, in which the angular momentum carried by electron spins is transferred to bulk rotation. On 22 January 2026, a team at the Institute of Science Tokyo (Science Tokyo) reported in Science the first realization of the Einstein–de Haas effect in a quantum fluid.

Working with a Bose–Einstein condensate (BEC) of europium atoms — an integer-spin, strongly dipolar species — the group, led by Professor Mikio Kozuma and Assistant Professor Yuki Miyazawa with Professor Yuki Kawaguchi, observed that a change in the condensate’s magnetization coherently transfers angular momentum from the atomic spins into macroscopic motion of the fluid. This experimentally demonstrates that total angular momentum is conserved at the quantum level in a macroscopic coherent matter wave, and opens a route to exploring ground states with broken chiral symmetry, spin textures, mass circulation, and the Barnett effect in dipolar quantum gases.

1915年、アインシュタインとヴァンダー・ド・ハースは、物体の磁化を変えるとそれが力学的に回転し始めることを示した——電子スピンが担う角運動量が物体全体の回転へと移される、総角運動量保存の直接的な現れである。2026年1月22日、東京科学大学（Science Tokyo）のチームは、量子流体におけるアインシュタイン・ド・ハース効果の世界初の実現をScience誌に発表した。

整数スピンで強い双極子性を持つユウロピウム原子のボーズ・アインシュタイン凝縮（BEC）を用い、上閑明人教授と宮沢恫樹助教、および川口由起夫教授らのグループは、凝縮体の磁化の変化が原子スピンから流体のマクロな運動へと角運動量をコヒーレントに移すことを観測した。これは、マクロなコヒーレント物質波において総角運動量が量子レベルで保存されることを実験的に示すもので、キラル対称性の破れた基底状態、スピンテクスチャ、質量循環、そして双極子量子気体におけるバーネット効果の探索への道を開く。

Quantum metrology uses entanglement to push measurement precision beyond the "standard quantum limit" set by uncorrelated particles. Single-parameter quantum metrology is well established, but jointly estimating several parameters at once with spatially separated entangled systems had not been demonstrated, and the theoretical framework was unclear. On 22 January 2026, a team led by Philipp Treutlein (University of Basel) and Alice Sinatra (Laboratoire Kastler Brossel, Paris) reported such a demonstration in Science.

The researchers first entangled the spins within a single Bose–Einstein condensate, then split it into three spatially separated, mutually entangled clouds that served as local sensors — an Einstein–Podolsky–Rosen (EPR) array of massive, many-particle systems. Using an optimal estimation protocol, they measured the spatial distribution of an electromagnetic field with substantially better precision than possible without spatial entanglement, surpassing the standard quantum limit in key multiparameter tasks. The protocols apply directly to existing precision instruments such as optical lattice clocks, gravimeters, atom interferometers and sensor-array imaging.

量子計測（クォンタムメトロロジー）は、もつれを用いて、無相関な粒子が決める「標準量子限界」を超えて計測精度を高める。単一パラメータの量子計測は確立されているが、空間的に離れたもつれ系を用いて複数のパラメータを同時に推定することは実証されておらず、理論的枠組みも未確立だった。2026年1月22日、フィリップ・トロイトライン（バーゼル大学）とアリス・シナトラ（パリ・カステラ・ブロッセル研究所）率いるチームは、その実証をScience誌に発表した。

研究チームはまず一つのボーズ・アインシュタイン凝縮（BEC）内でスピンをもつれさせ、それを空間的に離れた3つの相互にもつれた雲に分割して局所センサーとした——すなわち多粒子系によるアインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼン（EPR）アレイである。最適推定プロトコルを用いることで、空間的なもつれがなければ不可能な精度で電磁場の空間分布を測定し、主要な多パラメータ推定で標準量子限界を上回った。このプロトコルは、光格子時計・重力計・原子干渉計・センサアレイイメージングなど、既存の精密計測機器にそのまま適用できる。

On 22 January 2026, Ke Wang, Dong-Ling Deng and collaborators (Zhejiang University and Tsinghua University) reported in Nature Physics the experimental demonstration of two low-overhead quantum low-density parity-check (qLDPC) codes on a new superconducting processor named "Kunlun." qLDPC codes promise far lower qubit overhead than the surface code, but require the long-range qubit-qubit couplings that are hard to realize on planar superconducting chips.

On the 32-qubit chip, a two-dimensional architecture with overlapping long-range couplers enabled high-fidelity CZ gates between distant transmons and the simultaneous measurement of all nonlocal weight-6 stabilizers through the periodic execution of a syndrome-extraction circuit. The codes encode logical qubits with roughly three-to-four times fewer physical qubits than surface codes with the same number of logical qubits and the same code distance. The result is a concrete step toward scalable, resource-efficient fault-tolerant quantum computing on superconducting hardware.

2026年1月22日、浙江大学と清華大学のKe Wang、Dong-Ling Dengらは、「崑崙（Kunlun）」と名付けた新しい超伝導プロセッサ上で、2種類の低オーバーヘッド量子低密度パリティ検査（qLDPC）符号を実証したとNature Physics誌に報告した。qLDPC符号は表面符号よりはるかに少ない量子ビットで符号化できる一方、実現には平面型超伝導チップでは難しい長距離の量子ビット間結合を必要とする。

32量子ビットのチップ上で、重なり合う長距離カプラーを備えた2次元アーキテクチャにより離れたトランズモン間の高忠実度CZゲートを実現し、非局所的な重み6スタビライザーすべての同時測定をシンドローム抽出回路の周期的実行によって実証した。これらの符号は、同数の論理量子ビット・同じ符号距離の表面符号と比べて物理量子ビット数を約3〜4分の1に削減する。超伝導ハードウェア上でのスケーラブルで資源効率の高い誤り耐性量子計算に向けた具体的な一歩となる。

On 21 January 2026, a team led by Markus Arndt at the University of Vienna, together with colleagues at the University of Duisburg-Essen, reported in Nature the matter-wave interference of sodium nanoparticles containing more than 7,000 atoms, with masses exceeding 170,000 Da. This is the most massive class of objects ever shown to display quantum wave behaviour: the mass exceeds the previous molecular record (functionalized oligoporphyrins, ~25,000 Da) several-fold, while the experiment's "macroscopicity" reaches μ = 15.5 — about an order of magnitude beyond all previous experiments.

Each particle is roughly 8 nm across — comparable to a large protein — yet it was prepared in a delocalized superposition spanning far more than its own size. The experiment used a Talbot–Lau interferometer (named MUSCLE) with all-optical photodepletion gratings in the deep ultraviolet. Metal clusters are a qualitatively new material class for such tests, and the result places fresh empirical bounds on hypothetical modifications to quantum mechanics — such as spontaneous-collapse models — at the boundary between the quantum and classical worlds.

2026年1月21日、ウィーン大学のMarkus Arndt（マルクス・アルント）らのチームは、デュースブルク・エッセン大学の研究者と共同で、7,000個を超える原子からなる質量17万Da超のナトリウム・ナノ粒子の物質波干渉をNature誌に報告した。これは量子的な波動性が示された史上最も重い部類の物体であり、質量は従来の分子記録（機能化オリゴポルフィリン、約25,000 Da）を数倍上回り、実験の「マクロ性」はμ = 15.5に達して従来のあらゆる実験を約一桁上回った。

各粒子は直径およそ8 nmで、大きめのタンパク質に匹敵する大きさだが、それでも自身のサイズをはるかに超えて広がった非局在的な重ね合わせ状態に置かれた。実験では、深紫外の全光学的な光除去回折格子を用いたタルボ・ラウ干渉計（MUSCLEと命名）が使われた。金属クラスターはこの種の検証にとって質的に新しい物質群であり、本結果は量子・古典の境界における量子力学への仮想的な修正（自発的収縮モデルなど）に新たな実験的制約を与える。

How does a single foreign particle — an impurity — behave when immersed in a “Fermi sea” of many identical fermions such as electrons or atoms? Two very different pictures have long coexisted: the established quasiparticle (Fermi-polaron) view, in which a mobile impurity dresses itself with excitations and moves through the sea, and a contrasting view in which the impurity acts as a heavy, essentially static scatterer (Anderson’s orthogonality catastrophe). Theorists at the Institute for Theoretical Physics of Heidelberg University have presented a framework that unifies the two, in a paper published in Physical Review Letters on 6 November 2025 and highlighted by the university on 20 January 2026.

By reordering the operators of the underlying many-body Hamiltonian, the authors derive a modified fermion dispersion with a recoil-induced energy gap — the “mass gap” — and identify it as the microscopic origin of the Fermi polaron’s quasiparticle weight, whose power-law scaling with the impurity-to-fermion mass ratio connects the mobile-quasiparticle regime continuously to the static limit. The result has far-reaching implications for current quantum-matter experiments with ultracold atomic gases and related strongly correlated systems, where impurity physics is a key probe of many-body correlations.

電子や原子のような多数の同一フェルミオンからなる「フェルミ海」に、ただ一つの異物（不純物）を浸したとき、それはどう振る舞うのか。長らく二つの異なる描像が併存してきた——可動な不純物が励起をまといながら海を移動するとする確立した準粒子（フェルミ・ポラロン）の描像と、不純物が重くほぼ静止した散乱体として振る舞うとする描像（アンダーソンの直交性カタストロフィー）である。ハイデルベルク大学理論物理学研究所の理論家らは、この二つを統一する枠組みを2025年11月6日付でPhysical Review Letters誌に発表し、同大学が2026年1月20日に紹介した。

著者らは、多体ハミルトニアンの演算子を並べ替えることで、反跳に起因するエネルギーギャップ——「質量ギャップ（mass gap）」——を持つ修正されたフェルミオン分散を導き、これがフェルミ・ポラロンの準粒子重みの微視的起源であることを同定した。準粒子重みは不純物とフェルミオンの質量比に対してべき乗則でスケールし、可動な準粒子の領域と静止極限とを連続的につなぐ。この成果は、不純物の物理が多体相関の重要なプローブとなる超冷却原子気体などの量子物質実験に広く重要な含意を持つと述べている。

On 20 January 2026, a team from IBM Quantum and Algorithmiq (Laurin E. Fischer, Matea Leahy, Sergey N. Filippov and colleagues) reported in Nature Physics that a 91-qubit superconducting quantum processor can accurately simulate the dynamics of maximally chaotic "dual-unitary" circuits. Dual-unitary circuits are non-integrable, yet permit exact analytical results for certain correlation functions, making them an ideal benchmark for verification at scale.

By combining improved noise-learning with tensor-network error mitigation, the measured correlators matched the exact analytical predictions. The team then perturbed the circuits away from the dual-unitary point and compared against classical tensor-network simulations, probing dynamics beyond exact verification. The work shows that error-mitigated, pre-fault-tolerant processors can serve as trustworthy tools for exploring quantum many-body physics.

2026年1月20日、IBM QuantumとAlgorithmiqのLaurin E. Fischer、Matea Leahy、Sergey N. Filippovらは、91量子ビットの超伝導量子プロセッサが最大限にカオス的な「デュアルユニタリ（dual-unitary）」回路のダイナミクスを正確にシミュレートできるとNature Physics誌に報告した。デュアルユニタリ回路は非可積分でありながら、特定の相関関数について厳密な解析解が得られるため、大規模系での検証に理想的なベンチマークとなる。

改良したノイズ学習とテンソルネットワークによる誤り抑制（error mitigation）を組み合わせることで、測定された相関関数は厳密な解析予測と一致した。さらに回路をデュアルユニタリ点から外して摂動を加え、古典的テンソルネットワーク計算と比較して、厳密検証の及ばない領域のダイナミクスも探った。誤り耐性到達前（pre-fault-tolerant）のプロセッサでも、誤り抑制を用いれば量子多体物理を探る信頼できる道具になり得ることを示す。

On 19 January 2026, an international team co-led by the Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) and Stanford University (Vivek Pareek, David R. Bacon and colleagues, with corresponding authors Felipe H. da Jornada and Keshav M. Dani) reported in Nature Physics a new route to Floquet engineering — reshaping a material's electronic structure with a time-periodic field. Conventional Floquet engineering needs intense laser light, which causes heating and multi-photon absorption.

Using time- and angle-resolved photoemission spectroscopy (TR-ARPES) on a monolayer semiconductor, they showed that the time-periodic oscillation of the self-energy of an electron bound to a hole — the "excitonic field" — produces Floquet effects about two orders of magnitude stronger and longer-lived than optically driven counterparts. The measurements directly capture the hybridization between the exciton-dressed conduction band and the valence band, opening applied Floquet physics for engineering quantum materials.

2026年1月19日、沖縄科学技術大学院大学（OIST）とスタンフォード大学が共同で率いる国際チーム（Vivek Pareek、David R. Baconら、責任著者はFelipe H. da JornadaとKeshav M. Dani）は、時間周期的な場で材料の電子構造を作り変える「フロケ工学」の新しい手法をNature Physics誌に報告した。従来のフロケ工学は強力なレーザー光を必要とし、加熱や多光子吸収を招く。

単層半導体に対する時間・角度分解光電子分光（TR-ARPES）により、正孔に束縛された電子の自己エネルギーが時間周期的に振動する「励起子場（excitonic field）」が、光駆動の場合より約2桁強く、かつ長寿命のフロケ効果を生むことを示した。測定はエキシトンで装飾された伝導帯と価電子帯の混成を直接捉えており、量子材料を設計するための「応用フロケ物理」への扉を開く。

In January 2026 the Baryon Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) at CERN — an international collaboration including Imperial College London — was recognized among Physics World's Top 10 Breakthroughs of 2025. BASE was honored for being the first to achieve coherent quantum control of the spin of a single trapped antiproton, a major advance in antimatter physics. An antiproton has the same mass as a proton but opposite charge, and behaves like a tiny magnet that can point in one of two spin directions.

Coherently driving and reading out that single spin lets physicists measure the antiproton's magnetic moment with unprecedented precision. Comparing it to the proton's provides one of the most stringent tests of CPT symmetry — the deep requirement that matter and antimatter obey mirror-image laws. Any tiny discrepancy could help explain why the universe is made of matter rather than antimatter. The findings were first published in Nature in 2025 and selected by Physics World in December; the wider recognition continued into the new year.

2026年1月、CERNのバリオン・反バリオン対称性実験（BASE）——インペリアル・カレッジ・ロンドンを含む国際共同研究——が、Physics World誌の2025年トップ10ブレイクスルーに選出された。BASEは、単一の捕捉された反陽子のスピンを世界で初めてコヒーレントに量子制御したことが評価された。これは反物質物理学における大きな前進である。反陽子は陽子と同じ質量を持つが電荷が逆で、2つのスピン方向のいずれかを向く微小な磁石のように振る舞う。

この単一スピンをコヒーレントに駆動・読み出すことで、反陽子の磁気モーメントを前例のない精度で測定できる。これを陽子の値と比較することは、物質と反物質が鏡像の法則に従うべきだというCPT対称性の最も厳密な検証の一つとなる。わずかなずれが見つかれば、なぜ宇宙が反物質ではなく物質でできているのかの解明につながりうる。成果は2025年にNature誌に発表され、同年12月にPhysics Worldのトップ10に選ばれた後、年明けにかけて広く評価が続いた。

Excitons — bound pairs of an electron and a positively charged "hole" — normally move through a semiconductor as a single, charge-neutral unit, with the electron and hole staying together "monogamously." On 1 January 2026, a team from the Joint Quantum Institute (University of Maryland) reported in Science that this picture can break down dramatically. Studying interlayer excitons in a WSe₂/WS₂ moiré heterobilayer, immersed in a two-dimensional gas of electrons, they found that the exciton diffusion coefficient is extremely sensitive to how many electrons are present.

Near the electronic Mott-insulator state — where the electron layer forms an ordered lattice with one electron per moiré site — the excitons diffused up to a thousand times faster than at charge neutrality. The authors attribute this giant enhancement to mobile valence holes: because the ordered electron charge suppresses the moiré potential felt by the holes, a hole can hop away and recombine with any nearby conduction electron rather than staying bound to its original partner — a "non-monogamous" motion. The result turns exciton diffusion into a sensitive optical probe of hidden electronic order, and illuminates the rich interplay between bosons (excitons) and fermions (electrons) in engineered quantum materials.

エクシトン（励起子）は、電子と正電荷を帯びた「正孔（ホール）」が束縛したペアで、通常は電荷的に中性なひとつの粒子として半導体中を動き、電子と正孔は「一夫一妻的」に寄り添って移動する。2026年1月1日、ジョイント・クォンタム研究所（メリーランド大学）のチームは、この描像が劇的に破れうることをScience誌に報告した。二次元電子ガスに浸したWSe₂/WS₂モアレ二層構造中の層間エクシトンを調べたところ、エクシトンの拡散係数が電子の数に極めて敏感であることを発見した。

電子層が1モアレサイトあたり1電子の規則格子を組む電子的モット絶縁体状態の近くでは、エクシトンは電荷中性時に比べて最大で約1000倍速く拡散した。著者らはこの巨大な増強を、動きやすくなった価電子帯の正孔によるものと説明する——規則的な電子電荷が正孔の感じるモアレポテンシャルを抑制するため、正孔は元の相手に束縛され続ける代わりに、近くの伝導電子と次々に再結合しながら跳び移れる（「一夫一妻でない」運動）。この結果は、エクシトン拡散を隠れた電子秩序を探る敏感な光学プローブへと変え、設計された量子材料におけるボース粒子（エクシトン）とフェルミ粒子（電子）の豊かな相互作用を照らし出す。

Since JWST began operations, astronomers have puzzled over "little red dots" (LRDs): compact, very red sources in the early universe with broad hydrogen and helium emission lines. Their nature has been fiercely debated — extreme star formation, or accreting supermassive black holes with strangely weak X-ray and radio emission? In the Nature issue dated 15 January 2026, a University of Copenhagen–led team offered a unifying answer using the highest-quality JWST spectra.

They show that in most LRDs, the broad lines are not primarily broadened by rapid orbital motion (Doppler broadening) but by electron scattering, with a narrow intrinsic core. The data require very high electron column densities and remarkably compact sizes (light-days across), which — combined with the high luminosities — can only be explained by black-hole accretion. Crucially, the narrow line cores imply black-hole masses of only 10⁵–10⁷ solar masses, about a hundred times lower than earlier estimates. In this picture, an LRD is a young, still relatively small supermassive black hole devouring a dense surrounding cocoon of ionized gas; the heat radiated through that cocoon produces the object's characteristic red color, and naturally accounts for the missing X-rays and radio emission.

JWSTの運用開始以来、天文学者は「リトル・レッド・ドット（LRD, 小さな赤い点）」に頭を悩ませてきた。初期宇宙に見られるコンパクトで非常に赤い天体で、水素とヘリウムの幅広い輝線を示す。その正体は激しく論じられてきた——極端な星形成なのか、それともX線・電波が奇妙に弱い降着中の超大質量ブラックホールなのか。2026年1月15日付のNature誌で、コペンハーゲン大学を中心とするチームが、最高品質のJWST分光データを用いて統一的な答えを提示した。

彼らは、多くのLRDにおいて幅広い輝線が主に高速な軌道運動（ドップラー広がり）ではなく電子散乱によって広がっており、その内側に狭い固有のコアが存在することを示した。データは非常に高い電子柱密度と、驚くほどコンパクトなサイズ（光の進む数日分＝light-days程度）を要求し、これは高い光度と合わせるとブラックホール降着でしか説明できない。決定的なのは、狭い輝線コアが示すブラックホール質量がわずか太陽質量の10⁵〜10⁷倍、従来推定より約100分の1という点である。この描像では、LRDは高密度の電離ガスの繭を貪り食う、まだ比較的小さな若い超大質量ブラックホールであり、その繭を透過して放たれる熱がこの天体特有の赤色を生み、弱いX線・電波放射も自然に説明される。

Many direct dark-matter experiments now hunt for "light" dark matter, with masses from roughly MeV to GeV, whose collisions with nuclei produce recoils too feeble to detect directly. To gain sensitivity, they rely on the Migdal effect — predicted by Arkady Migdal in 1939–1941 — in which an atom's sudden recoil shakes its electron cloud and ejects an electron, producing a detectable signal. But the effect itself had never been directly observed in nuclear scattering, casting doubt on experiments that depend on it. On 14 January 2026, a China-based collaboration reported the first direct observation in Nature.

Using a purpose-built gaseous pixel detector, the team bombarded a gas target with fast (2.5 MeV) neutrons from a compact deuterium–deuterium generator and searched for the effect's distinctive signature: two tracks — one from the recoiling nucleus and one from the ejected (Migdal) electron — emerging from the same point. Out of almost a million recorded events, six clean candidates were identified, reaching a statistical significance of five standard deviations (5σ), the gold standard for discovery in particle physics. The result experimentally confirms the Migdal effect in nuclear collisions and shores up the foundation of light-dark-matter detection strategies that rely on it.

多くの暗黒物質直接検出実験は、いまや質量がおよそMeV〜GeVの「軽い」暗黒物質を探索している。これらが原子核と衝突しても反跳が弱すぎて直接は検出できない。そこで実験は、1939〜1941年にアルカディ・ミグダルが予言した「ミグダル効果」に頼る。これは、原子核が突然反跳すると電子雲が揺さぶられて電子が放出され、検出可能な信号が生じる現象である。しかし、この効果自体は原子核散乱で直接観測されたことがなく、それに依存する実験の信頼性に疑問が残っていた。2026年1月14日、中国を拠点とする共同研究チームが、その世界初の直接観測をNature誌に報告した。

チームは専用に開発したガスピクセル検出器を用い、小型のD–D（重水素・重水素）発生源からの高速中性子（2.5 MeV）をガス標的に照射して、ミグダル効果の特徴的な痕跡——反跳した原子核からの飛跡と、放出された（ミグダル）電子からの飛跡が同一点から現れる対——を探した。約100万件の記録イベントから6件のクリーンな候補を同定し、素粒子物理学で発見の基準とされる5標準偏差（5σ）の統計的有意性に到達した。この成果は原子核衝突におけるミグダル効果を実験的に確認し、それに依拠する軽い暗黒物質検出戦略の基盤を固めるものである。

Topological phases of matter — recognised with the 2016 Nobel Prize — are usually understood in terms of electrons pictured as well-defined particles moving through a material’s band structure. On 14 January 2026, researchers at TU Wien, with theory collaborators at Rice University (Qimiao Si’s group), reported in Nature Physics a heavy-fermion compound in which robust topological behaviour appears even though that particle picture breaks down.

Near a quantum phase transition, where strong quantum fluctuations dissolve the usual quasiparticle description, the team detected a clear topological signature at temperatures below one degree above absolute zero: a spontaneous (anomalous) Hall effect, in which charge carriers are deflected without any external magnetic field. Strikingly, the effect was strongest exactly where the quantum fluctuations were most intense; suppressing those fluctuations with pressure or a magnetic field made the topological properties vanish. The Rice theory links this quantum criticality to topology, and the authors describe the phase as an emergent topological semimetal — evidence that topological distinctions can be generalised to an abstract, mathematical form that does not require well-defined particles, and may even arise because particle-like states are absent.

2016年のノーベル物理学賞で評価された「物質のトポロジカル相」は、通常、物質のバンド構造を動く、明確な粒子として描かれる電子によって理解される。2026年1月14日、ウィーン工科大学（TU Wien）とライス大学（Qimiao Siのグループ）の理論共同研究者らは、その粒子描像が破綻してもなお頑健なトポロジカルな振る舞いが現れる重い電子系化合物をNature Physics誌に報告した。

量子相転移の近傍、強い量子揺らぎが通常の準粒子描像を溶かし去る領域で、チームは絶対零度から1度未満の極低温で明確なトポロジカルシグナルを検出した——外部磁場が一切ないのに電荷キャリアが偏向する、自発（異常）ホール効果である。注目すべきは、この効果が量子揺らぎの最も激しい場所で最大になった点である。圧力や磁場で揺らぎを抑えると、トポロジカルな性質は消失した。ライス大の理論はこの量子臨界とトポロジーを結びつけ、著者らはこの相を「創発的トポロジカル半金属」と位置づけた——トポロジカルな区別は、明確な粒子を必要としない抽象的・数学的な形へと一般化でき、むしろ粒子的状態が「ない」からこそ生じうる可能性を示す証拠である。

Optical atomic clocks based on a single trapped ion are exquisitely accurate, but their precision is ultimately limited by quantum projection noise, which improves only as more ions (and more time) are added — yet scaling to many ions reintroduces systematic shifts. On 14 January 2026, a team from Germany’s PTB, Leibniz University Hannover and Thailand’s NIMT reported in Physical Review Letters the coherent excitation of the highly forbidden electric-octupole (E3) ²S₁/₂ → ²F₇/₂ clock transition in the odd isotope ¹⁷³Yb⁺ (nuclear spin I = 5/2), revealing a hyperfine-state-dependent, nuclear-spin-induced quenching of that transition.

Because this quenching shortens the excited-state lifetime by about an order of magnitude relative to the unperturbed clock state of ¹⁷¹Yb⁺, far less laser power is needed to drive the transition — which in turn sharply reduces the ac-Stark (light) shift imposed by the clock laser. Using a three-ion Coulomb crystal, the team demonstrated an approximately twentyfold suppression of this light shift, removing a key obstacle on the path to scalable multi-ion Yb⁺ optical clocks. They also reported the unquenched reference transition frequency to 14 significant figures, 642.11917656354(43) THz. Such clocks underpin efforts to redefine the SI second and to test for new physics, such as a possible drift of the fine-structure constant.

単一トラップイオンに基づく光原子時計は極めて高精度だが、その精度は最終的に「量子射影雑音」に制限され、イオン数（と測定時間）を増やすことでしか改善できない——ところが多イオン化すると系統的なシフトが再び問題になる。2026年1月14日、ドイツのPTB・ライプニッツ大学ハノーファー・タイのNIMTの研究チームは、奇数同位体 ¹⁷³Yb⁺（核スピン I = 5/2）における極めて禁制な電気八重極（E3）²S₁/₂ → ²F₇/₂ 時計遷移のコヒーレント励起に成功し、超微細状態に依存した核スピン誘起のクエンチング（消光）を明らかにしたとPhysical Review Letters誌に発表した。

このクエンチングにより、励起状態の寿命が ¹⁷¹Yb⁺ の非摂動時計状態に比べて約1桁短くなるため、遷移を駆動するのに必要なレーザー出力が大幅に減り、その結果、時計レーザーが課す交流シュタルク（光）シフトを大きく抑えられる。チームは3イオンのクーロン結晶を用いて、この光シフトを約20分の1に抑制することを実証した——スケーラブルな多イオン Yb⁺ 光時計への道にあった大きな障害を一つ取り除いたことになる。さらに、非クエンチングの基準遷移周波数を14桁の精度（642.11917656354(43) THz）で報告した。こうした時計は、SI秒の再定義や、微細構造定数のドリフトといった新物理の探索を支える。

For about four decades, the leading assumption has been that dark matter must be “cold” — moving slowly — when it freezes out in the early universe, since cold dark matter is needed to grow the galaxies and large-scale structure we observe. Researchers at the University of Minnesota Twin Cities and Université Paris-Saclay now report, in Physical Review Letters, that dark matter could instead have been born “red hot,” moving at nearly the speed of light, and still cool down in time.

The team studied dark-matter production during post-inflationary reheating — the brief, poorly understood epoch right after cosmic inflation when the universe was re-filled with particles. They found scenarios in which dark matter is produced ultrarelativistically yet redshifts and cools enough before structure formation begins. The work broadens the allowed range of dark-matter models and, the authors argue, opens an observational window onto an era extremely close to the Big Bang, with implications for both collider searches and astrophysical probes.

約40年にわたり、宇宙初期に暗黒物質が「凍結（フリーズアウト）」する際には、観測される銀河や大規模構造を成長させるために「冷たい（低速の）」状態でなければならない、というのが主流の前提だった。ミネソタ大学ツインシティ校とパリ＝サクレー大学の研究チームは、Physical Review Letters誌で、暗黒物質はむしろ光速近くで運動する「灼熱」状態で誕生し、それでも時間内に冷却しえたと報告した。

チームは、インフレーション直後の短く理解の乏しい時代である「再加熱（リヒーティング）」期における暗黒物質生成を調べた。その結果、暗黒物質が超相対論的に生成されても、構造形成が始まる前に赤方偏移して十分に冷却するシナリオが存在することを見出した。これは許容される暗黒物質モデルの範囲を大きく広げ、著者らによればビッグバン直後の時代への観測的な窓を開く。加速器探索と天体物理学的探索の双方に示唆を与える成果である。

Ideas from nuclear and high-energy physics describe how, in out-of-equilibrium systems of charged chiral fermions, an electric current flowing parallel to a magnetic field can trigger a dynamic instability that amplifies electromagnetic waves. On 9 January 2026 (reported 13 January), a University of Illinois Urbana-Champaign-led team reported in Nature Physics the first observation of such a "dynamic magneto-chiral instability" in a solid-state material — elemental tellurium, a structurally chiral crystal.

Using time-domain terahertz emission spectroscopy, the team photoexcited tellurium in a moderate magnetic field and saw terahertz radiation whose coherent modes grew in amplitude over time — the signature of amplification rather than ordinary decay. Their model attributes the effect to an instability of electromagnetic waves coupled to the infrared-active oscillators of acceptor states, producing an amplifying "polariton." The result carries a mechanism from high-energy physics into condensed matter and points to a new route for terahertz-wave amplification in chiral materials.

原子核物理学や高エネルギー物理学の知見によれば、非平衡状態にある荷電カイラルフェルミオンの系では、磁場に平行に流れる電流が電磁波を増幅する動的不安定性を引き起こしうる。2026年1月9日（報道は1月13日）、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校を中心とする研究チームは、こうした「動的磁気カイラル不安定性（dynamic magneto-chiral instability）」を固体物質——構造的にカイラルな結晶である元素テルル——で初めて観測したとNature Physics誌に発表した。

チームは時間領域テラヘルツ放射分光法を用い、適度な磁場中でテルルを光励起したところ、時間とともに振幅が増大するコヒーレントなモードを持つテラヘルツ放射を観測した——通常の減衰ではなく「増幅」の兆候である。彼らのモデルは、この効果を、アクセプター準位の赤外活性振動子と結合した電磁波の不安定性が「増幅するポラリトン」を生む現象として説明する。高エネルギー物理学の機構を物性物理学へと持ち込んだ本成果は、カイラル物質におけるテラヘルツ波増幅の新たな道筋を示す。

A Josephson junction — the foundational element of superconducting quantum computers, and the subject of the 2025 Nobel Prize in Physics — is conventionally built from two superconductors separated by a thin barrier, whose paired electrons synchronize across the gap. In a study published in Nature Communications (announced late December 2025 / early January 2026), an international team led by the University at Buffalo and the Autonomous University of Madrid reported the first experimental evidence that such behavior can arise with only one superconductor present.

Their device stacked superconducting vanadium and ferromagnetic iron, separated by a thin magnesium-oxide layer. By measuring shot noise — the tiny fluctuations from the discreteness of electric charge — the team found electrons moving in large, highly coordinated groups inside the iron, a hallmark of Josephson-junction synchronization normally seen only between two superconductors. This was surprising because ferromagnetism (spins aligned) and conventional superconductivity (spins paired antiparallel) usually oppose each other. The interpretation: broken inversion symmetry and interfacial spin–orbit coupling at the V/MgO/Fe interface induce an unconventional, spin-triplet (same-spin) superconducting region within the iron. Because both iron and magnesium oxide are already common in magnetic hard drives and MRAM, the finding hints at simpler routes to Josephson devices and possibly to more robust, topological superconductivity.

ジョセフソン接合は、超伝導量子コンピュータの基本素子であり、2025年のノーベル物理学賞の対象にもなった。従来は薄い障壁で隔てた2つの超伝導体から作られ、その電子対が隙間を越えて同期する。Nature Communications誌に掲載された研究（2025年12月末〜2026年1月に発表）で、バッファロー大学とマドリード自治大学を中心とする国際チームは、超伝導体がひとつしかなくてもこのような振る舞いが生じうるという初の実験的証拠を報告した。

彼らのデバイスは、超伝導体のバナジウムと強磁性体の鉄を、薄い酸化マグネシウム層で隔てて積層したものである。ショットノイズ——電荷が離散的であることに由来する微小な揺らぎ——を測定したところ、鉄の中で電子が大きく高度に協調したグループとなって動いていることが判明した。これは通常2つの超伝導体の間でしか見られないジョセフソン接合的な同期の特徴である。強磁性（スピンが同方向に揃う）と従来型超伝導（スピンが反平行に対を組む）は普通は相反するため、これは驚きだった。解釈はこうだ——V/MgO/Fe界面での空間反転対称性の破れと界面スピン軌道結合が、鉄の内部に非従来型のスピン三重項（同一スピン）超伝導領域を誘起した。鉄も酸化マグネシウムも磁気ハードディスクやMRAMで既にありふれた材料であるため、この発見はより単純なジョセフソン素子への道、そしておそらくはより頑健なトポロジカル超伝導への手がかりを示唆する。

A team led by Sergey Frolov (University of Pittsburgh), with collaborators in Minnesota and Grenoble, carried out a series of replication studies of topological effects in nanoscale superconducting and semiconducting devices — the kind of measurements that had been celebrated as evidence for Majorana zero modes, a sought-after building block for topological quantum computing. Their careful re-examination found that several signals once interpreted as breakthroughs could be explained in simpler, more mundane ways.

Strikingly, the work itself struggled to get published: the paper underwent a record two years of peer and editorial review after its 2023 submission before finally appearing in Science on 8 January 2026. The episode is a high-profile case study in scientific self-correction and the value (and difficulty) of replication in fast-moving, high-stakes fields. It does not disprove Majorana physics outright, but it raises the bar of evidence required and underscores how easily exotic interpretations can outrun the data.

セルゲイ・フロロフ氏（ピッツバーグ大学）率いるチームが、ミネソタおよびグルノーブルの共同研究者とともに、ナノスケールの超伝導・半導体素子におけるトポロジカル効果の追試を行った。これらは、トポロジカル量子計算の鍵となる構成要素として探索されてきたマヨラナ・ゼロモードの証拠として称賛されてきた種類の測定である。入念な再検証の結果、かつて突破口と解釈された複数の信号が、より単純で平凡な仕組みで説明できることが分かった。

注目すべきは、この研究自身が発表に苦労した点である。2023年の投稿後、記録的な2年間の査読・編集審査を経て、ようやく2026年1月8日にScience誌に掲載された。この一件は、科学の自己修正と、急速に進展し利害の大きい分野における追試（再現研究）の価値——そしてその難しさ——を示す注目度の高い事例である。マヨラナ物理そのものを否定するわけではないが、要求される証拠の水準を引き上げ、エキゾチックな解釈がいかに容易にデータを先走りうるかを浮き彫りにした。

On 8 January 2026, researchers reported in Nature Physics a general way to predict which target nanostructures can be built by programmable self-assembly — and at what yield — before running any experiment. Modern methods (for example, DNA origami) let scientists precisely design particle shapes, concentrations, and interactions, but the resulting design space is enormous.

The team showed that a class of thermodynamic constraints carves this space into a high-dimensional convex polyhedron: structures lying inside it can in principle be assembled at high equilibrium yield, while the polyhedron's faces reveal hard limits and the unavoidable coexistence of competing structures. They validated the predictions with quantitative assembly experiments on nanoscale particles synthesized using DNA origami — turning self-assembly design from trial-and-error into a problem with a clear geometric map.

2026年1月8日、研究チームはプログラム可能な自己組織化で「どの標的ナノ構造をどの程度の収率で作れるか」を、実験を行う前に予測する一般的な方法をNature Physics誌に報告した。DNAオリガミなどの現代的手法により、粒子の形・濃度・相互作用を精密に設計できるようになったが、その設計空間は膨大である。

チームは、ある種の熱力学的制約がこの空間を高次元の凸多面体に切り分けることを示した。多面体の内部にある構造は原理的に高い平衡収率で組み立て可能であり、多面体の「面」は避けられない限界や、競合する構造どうしの共存を浮かび上がらせる。予測はDNAオリガミで合成したナノ粒子の定量的な組み立て実験で検証され、自己組織化の設計を試行錯誤から明確な幾何学的地図を持つ問題へと変えた。

Astronomers using the W. M. Keck Observatory on Maunakea, Hawaiʻi, have found the most extended stream of super-heated gas yet seen flowing out of a nearby galaxy, giving some of the clearest evidence to date that a supermassive black hole can reshape its host galaxy far beyond its core. The findings, led by researchers at UC Irvine and Caltech/IPAC, were published in Science on 8 January 2026.

In the disk galaxy VV 340a, the observations revealed vast structures of energized gas stretching up to about 20,000 light-years from the galaxy’s centre — far larger than previously seen — and the Keck Cosmic Web Imager (KCWI) traced cooler, lower-energy gas extending well beyond the disk in a striking, spear-like structure aligned with the galaxy’s centre. The team attributes the outflow to a precessing (“wobbling”) jet launched by the active galactic nucleus: as the jet’s direction slowly changes over time, it sweeps across the galaxy and drives gas outward, leaving a spear-like fossil record of prolonged black-hole activity. It is described as the first galaxy-wide wobbling black-hole jet identified in a disk galaxy.

ハワイ・マウナケア山のW. M. ケック天文台を用いた天文学者らは、近傍の銀河から流れ出る超高温ガスの、これまでで最も広範な流れを発見した。超大質量ブラックホールが、中心部をはるかに超えて母銀河を変容させ得ることを示す、現時点で最も明確な証拠の一つである。UCアーバインとカリフォルニア工科大/IPACの研究者らが主導したこの成果は、2026年1月8日にScience誌に発表された。

円盤銀河VV 340aにおいて、観測は銀河中心から約二万光年にも及ぶエネルギーの高いガスの巨大構造を明らかにした——これまで見られたものをはるかに上回る規模である。さらにケック宇宙ウェブイメージャー（KCWI）は、円盤のはるか外側まで広がる低温・低エネルギーのガスが、銀河中心と整列した槍のような構造をなす様子を捉えた。チームはこの流出を、活動銀河核から放たれた歳差運動する（揺れ動く）ジェットに帰した。ジェットの向きが時間とともにゆっくり変わることで銀河を描くように掃き、ガスを外へ押し出して、長期にわたるブラックホール活動の槍のような化石記録を残した。円盤銀河で同定された、銀河全体規模の揺れ動くブラックホールジェットとしては初とされる。

Simulating how quantum matter evolves in time is one of the central goals of physics and chemistry, and quantum computers are meant to do it where classical machines fail. For decades entanglement — the strong correlation between quantum particles — has been regarded as an obstacle: in classical simulation, high entanglement makes the problem exponentially harder. In a study published in Nature Physics on 14 July 2025 (Nat. Phys. 21, 1338–1345; August 2025 issue) and highlighted by the University of Hong Kong (HKU) on 8 January 2026, a team led by Qi Zhao (HKU) with You Zhou (Fudan University) and Andrew M. Childs (University of Maryland) showed that, for quantum simulation, entanglement can instead be an asset.

In an article titled “Entanglement accelerates quantum simulation,” the team showed that product-formula (Trotterization) algorithms incur smaller simulation error for entangled states — establishing an error bound in terms of entanglement entropy — so the very feature that bottlenecks classical methods speeds up the quantum algorithm. The result reframes entanglement as a resource rather than a barrier and suggests that the most classically intractable, strongly entangled regimes may be where quantum simulators gain the largest advantage.

量子物質が時間とともにどう発展するかをシミュレートすることは物理学と化学の中心的な目標であり、量子コンピュータは古典計算機が及ばない領域でそれを担うと期待されてきた。何十年もの間、量子粒子間の強い相関であるエンタングルメントは障害と見なされてきた——古典シミュレーションでは、高いエンタングルメントは問題を指数関数的に難しくする。Qi Zhao（香港大学, HKU）率いるチームはYou Zhou（復旦大学）、Andrew M. Childs（メリーランド大学）とともに、量子シミュレーションにおいてはエンタングルメントがむしろ利点になり得ることを2025年7月14日付のNature Physics誌（21巻1338–1345頁、2025年8月号）に発表し、HKUが2026年1月8日に紹介した。

「Entanglement accelerates quantum simulation（エンタングルメントは量子シミュレーションを加速する）」と題された論文で、チームは、積公式（トロッター化）アルゴリズムのシミュレーション誤差がエンタングルした状態ほど小さくなることを、エンタングルメントエントロピーによる誤差上界として示した——古典手法のボトルネックとなるまさにその性質が、量子アルゴリズムを速めるのである。この結果はエンタングルメントを障壁ではなく資源として捉え直し、古典的に最も手に負えない強くエンタングルした領域こそ、量子シミュレータが最大の優位性を得る場所である可能性を示唆する。

A persistent puzzle in cosmology is the S8 tension: the early universe (seen in the cosmic microwave background) predicts the present-day cosmos should be slightly “clumpier” — more strongly clustered — than late-universe surveys actually find. A University of Sheffield-led team (Lei Zu, William Giarè, Eleonora Di Valentino and colleagues) proposes a solution: a tiny interaction between dark matter and neutrinos that gently slowed the growth of cosmic structure.

Combining Planck and Atacama Cosmology Telescope CMB data with Dark Energy Survey (DES Y3) cosmic-shear measurements, the team finds a nearly 3σ preference for a non-zero dark matter–neutrino interaction strength (around u ≈ 10⁻⁴), published in Nature Astronomy. The result does not overturn the standard ΛCDM model but suggests it may be incomplete, and gives particle physicists a concrete target — a specific kind of dark-sector coupling — to test with future CMB experiments and weak-lensing surveys.

宇宙論の根強い難問の一つが「S8テンション」である。宇宙マイクロ波背景放射（CMB）に見える初期宇宙からは、現在の宇宙は実際の後期宇宙サーベイが見出すよりもわずかに「クランプ（密集）」しているはずだと予測される。シェフィールド大学を中心とするチーム（Lei Zu、William Giarè、Eleonora Di Valentinoら）は、暗黒物質とニュートリノの微小な相互作用が宇宙構造の成長を緩やかに遅らせた、という解決策を提案した。

Planckおよびアタカマ宇宙論望遠鏡（ACT）のCMBデータと、ダークエネルギー・サーベイ（DES Y3）の弱重力レンズ（コズミックシア）測定を組み合わせると、ゼロでない暗黒物質–ニュートリノ相互作用強度（u ≈ 10⁻⁴程度）に対して約3σの選好が現れた——成果はNature Astronomy誌に掲載。標準ΛCDMモデルを覆すものではないが、それが不完全かもしれないことを示唆し、素粒子物理学者に対し、将来のCMB実験や弱重力レンズサーベイで検証すべき具体的な標的（暗黒セクター結合の特定の形）を与える。

The U.S. Department of Energy's Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) highlighted, in early January 2026, how partnerships between public institutions and private fusion companies are accelerating progress toward commercial fusion energy. Among the results: experiments achieving ion temperatures above 100 million °C — hotter than the core of the Sun — in compact “spherical” tokamaks, and confirmation of favorable energy-confinement scaling that bodes well for smaller, cheaper fusion reactors.

Spherical tokamaks squeeze the familiar doughnut-shaped magnetic bottle into a more apple-like shape, which can confine plasma more efficiently per unit magnetic field. The collaborative model — sharing PPPL's experimental facilities, diagnostics and decades of plasma-physics expertise with fast-moving startups — lets both sides run more experiments and stress-test how optimistic the commercial projections really are, a key step on the road to a working fusion power plant.

米エネルギー省のプリンストン・プラズマ物理研究所（PPPL）は、2026年1月初旬、公的機関と民間核融合企業の連携が商用核融合エネルギーへの進展をいかに加速しているかを紹介した。成果の一つとして、コンパクトな「球状（スフェリカル）」トカマクで、太陽中心部より高いイオン温度1億℃超を達成した実験や、より小型・安価な核融合炉に有利なエネルギー閉じ込めスケーリングの確認が挙げられた。

球状トカマクは、おなじみのドーナツ形の磁気容器をリンゴに近い形へと押し縮めたもので、単位磁場あたりでプラズマをより効率的に閉じ込められる。PPPLの実験設備・計測技術・数十年にわたるプラズマ物理の知見を、機動力のあるスタートアップと共有するという連携モデルにより、双方がより多くの実験を行い、商用化の見通しがどれほど楽観的かを実地で検証できる。稼働する核融合発電所への道のりにおける重要な一歩である。

For over a century, the branching of physical networks — blood vessels, neurons, tree and coral branches — was thought to follow simple "wiring economy": nature minimizing the total length of links. But careful measurements kept disagreeing with that prediction. On 7 January 2026, a team led by Xiangyi Meng (Rensselaer) with senior author Albert-László Barabási (Northeastern) reported in Nature — as that week’s cover article — that the true organizing principle is the minimization of surface area, not length.

Treating links as three-dimensional objects with thickness rather than idealized 1D wires makes the optimization mathematically intractable — until the authors found an exact mapping of surface minimization onto high-dimensional Feynman diagrams from string theory. The mapping predicts that, as links thicken, tree-like networks transition away from length-minimizing layouts, producing characteristic trifurcations, branching angles, and stable "orthogonal sprouts" that match real networks and even improve synapse formation in the brain and nutrient access in plants and fungi. The framework also offers design rules for artificial vasculature and 3D-printable metamaterials.

1世紀以上にわたり、血管・神経・樹木やサンゴの枝といった物理ネットワークの枝分かれは、単純な「配線の経済性」——つまりリンク全長を最小化する自然の節約——に従うと考えられてきた。しかし精密な測定は、この予想と食い違い続けていた。2026年1月7日、シャンイー・メン（レンセラー工科大）を筆頭著者、アルバート＝ラズロ・バラバシ（ノースイースタン大）を責任著者とする研究チームは、真の組織原理は「長さ」ではなく「表面積」の最小化であると、その週のNature誌の表紙論文として報告した。

リンクを理想的な1次元の線ではなく太さを持つ3次元の物体として扱うと、最適化問題は数学的に手に負えなくなる——だが著者らは、表面積最小化を弦理論の高次元ファインマン図へ厳密に対応づける写像を発見した。この対応によれば、リンクが太くなるにつれてツリー状ネットワークは長さ最小化の配置から転移し、特徴的な三叉分岐・枝分かれ角度、そして安定な「直交スプラウト（orthogonal sprout）」が生じる。これらは実在のネットワークとよく一致し、脳のシナプス形成や植物・菌類の養分獲得をも改善する。この枠組みは人工血管や3Dプリント可能なメタマテリアルの設計指針にもなりうる。

Non-Abelian anyons are exotic quasiparticles whose position exchange (braiding) changes the quantum state of the system in a topologically protected way — a property that makes them leading candidates for building a fault-tolerant quantum computer. They are expected to appear in "even-denominator" fractional quantum Hall (FQH) states, but directly probing their unusual statistics has been extremely hard. In a paper published online in Nature on 7 January 2026, a Weizmann Institute of Science team led by Yuval Ronen (with Ady Stern and David Mross) reported coherent Aharonov–Bohm interference at two even-denominator FQH states in high-mobility bilayer-graphene van der Waals heterostructures, using a Fabry–Pérot interferometer.

By deliberately tuning the filling factor to inject extra fractional quasiparticles into the interference loop, the team found that the additional bulk quasiparticles carry a fundamental electric charge of e* = ¼e — exactly the value expected for the non-Abelian anyons of these states. At a constant filling factor they observed an oscillation period of two flux quanta (ΔΦ = 2Φ₀), and at two hole-conjugate states they saw evidence for e* = ⅔e quasiparticles. The results provide direct interferometric evidence bearing on the statistics of these quasiparticles, an important step toward topologically protected quantum information encoded in anyons — though the authors are careful to note what the interference does and does not yet establish about full non-Abelian braiding.

非可換エニオン（non-Abelian anyon）は、その位置交換（ブレイディング）が系の量子状態をトポロジカルに保護された形で変化させる特異な準粒子であり、この性質から誤り耐性量子コンピュータ構築の有力候補とされる。これらは「偶数分母」の分数量子ホール（FQH）状態に現れると期待されているが、その珍しい統計性を直接調べることは極めて困難だった。2026年1月7日にNature誌でオンライン公開された論文で、ワイツマン科学研究所のユヴァル・ロネンら（エイディ・スターン、ダヴィド・モロスを含む）のチームは、高移動度の二層グラフェン・ファンデルワールスヘテロ構造における2つの偶数分母FQH状態で、ファブリ・ペロー干渉計を用いてコヒーレントなアハロノフ・ボーム干渉を観測したと報告した。

充填率を意図的に調整して余分な分数準粒子を干渉ループ内に注入したところ、追加されたバルク準粒子が基本電荷 e* = ¼e を持つことが判明した——これはまさにこれらの状態の非可換エニオンに期待される値である。一定の充填率では2つの磁束量子に相当する振動周期（ΔΦ = 2Φ₀）を観測し、2つのホール共役状態では e* = ⅔e の準粒子の証拠も見られた。この結果は、これらの準粒子の統計性に関わる直接的な干渉計的証拠を与え、エニオンにエンコードされたトポロジカル保護量子情報への重要な一歩となる——ただし著者らは、完全な非可換ブレイディングについてこの干渉が何を確立し、何をまだ確立していないかを慎重に述べている。

Photon loss is the central obstacle in long-distance quantum communication: over long fiber links, only a tiny fraction of photons survive, hampering applications such as loophole-free Bell tests and device-independent quantum key distribution. Quantum teleportation — transferring a quantum state using shared entanglement plus classical communication — could in principle sidestep loss, but in practice it had proven hard to make teleportation transmit a single photon with higher survival probability than simply sending it directly. A study published in Nature Physics (2026) resolves this.

The team demonstrated an all-optical scheme for the remote preparation of entangled photons. Using a lossy channel, they achieved a heralding efficiency of 82% for "event-ready" entangled photons, and after distributing entanglement this way, showed teleportation-based transmission with a nearly threefold improvement in efficiency over direct transmission. Crucially, the advantage is unconditional — it does not rely on post-selecting only the lucky runs. The result is a concrete step toward practical quantum repeaters and large-scale quantum networks that can tolerate realistic channel loss.

光子損失は、長距離量子通信における中心的な障害である。長い光ファイバーではごくわずかな光子しか生き残らず、抜け穴のないベル試験や装置非依存量子鍵配送といった応用を妨げる。量子テレポーテーション——共有したもつれと古典通信を用いて量子状態を転送する手法——は原理的には損失を回避できるが、実際には、単に直接送るよりも高い生存確率で単一光子をテレポートさせることは困難だった。Nature Physics誌（2026年）に掲載された研究がこれを解決した。

チームは、もつれ光子の遠隔生成を行う全光学的な手法を実証した。損失のあるチャネルを用いて、「イベントレディ」なもつれ光子について82%のヘラルド効率を達成し、このようにもつれを分配したうえで、テレポーテーションに基づく伝送が直接伝送に対して効率をほぼ3倍改善することを示した。決定的なのは、この優位性が無条件である点——うまくいった試行だけを事後選択することに依存しない。この結果は、現実的なチャネル損失に耐えうる実用的な量子中継器と大規模量子ネットワークへの具体的な一歩である。

Ferroelectric materials — whose electric polarization can be switched by a field and retained — are attractive for low-power, non-volatile memory, but graphene, a single sheet of carbon atoms with a highly symmetric lattice, is not intrinsically ferroelectric. On 6 January 2026, a Korean team led by DGIST (with KAIST collaborators) reported in Nature Communications a new memory principle: by sandwiching ultrathin materials such as graphene together with α-RuCl₃, information can be written and erased electrically through the ferroelectric switching of interfacial electric dipoles.

Strikingly, the effect arises from the stacking itself — no artificial structural deformation is needed. The team's device was most stable around −243 °C (about 30 K) and showed strong non-volatility, retaining its state after the field was removed. Because the mechanism relies on interfacial dipoles engineered purely by stacking, it points toward ultralow-power electronic devices and, in particular, memory components for quantum computers that operate at ultralow temperatures. The work was supported by the National Research Foundation of Korea and the Institute for Basic Science (IBS).

強誘電体——電場でスイッチでき、その電気分極を保持できる材料——は、低消費電力の不揮発性メモリに魅力的だが、対称性の高い格子を持つ炭素原子1層のグラフェンは本来、強誘電性を持たない。2026年1月6日、DGISTを中心とする韓国チーム（KAISTの共同研究者とともに）は、新しいメモリ原理をNature Communications誌に報告した。グラフェンのような極薄材料をα-RuCl₃とサンドイッチ状に積層することで、界面の電気双極子の強誘電的スイッチングを通じて、情報を電気的に書き込み・消去できるというものである。

注目すべきことに、この効果は積層そのものから生じ、人工的な構造変形を必要としない。チームのデバイスは約−243℃（およそ30 K）付近で最も安定に動作し、電場を取り除いた後も状態を保持する強い不揮発性を示した。この機構は積層のみで作り出される界面双極子に基づくため、超低消費電力の電子デバイス、とりわけ極低温で動作する量子コンピュータ用のメモリ部品への道を示す。本研究は韓国研究財団と基礎科学研究院（IBS）の支援を受けた。

“Little red dots” (LRDs) are among the most puzzling objects JWST has found: extremely compact, red sources scattered across the early universe. Using JWST data, astronomers from the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) presented evidence at the 247th meeting of the American Astronomical Society (Phoenix, 6 January 2026) that many LRDs may actually be gigantic, short-lived stars rather than ordinary galaxies.

If correct, these enormous “black-hole stars” would offer a direct glimpse of how the universe's first supermassive black holes formed: such massive stars can collapse to seed black holes that grow rapidly. The interpretation is debated — other groups argue LRDs are young supermassive black holes shrouded in dense ionized gas — but either way, JWST's high-quality spectra are reshaping our picture of the first billion years of cosmic history and the origin of supermassive black holes.

「リトル・レッド・ドット（LRD）」は、JWSTが発見した最も謎めいた天体の一つで、初期宇宙に散在する極めてコンパクトで赤い光源である。ハーバード・スミソニアン天体物理学センター（CfA）の天文学者らは、JWSTのデータを用い、米国天文学会（AAS）第247回総会（フェニックス、2026年1月6日）で、多くのLRDが通常の銀河ではなく巨大で短命な星でありうるという証拠を発表した。

これが正しければ、こうした巨大な「ブラックホール星」は、宇宙最初の超巨大ブラックホールがどう形成されたかを直接垣間見せる——そのような大質量星は崩壊して種ブラックホールとなり、急速に成長しうる。解釈には議論があり（他のグループはLRDを高密度の電離ガスに包まれた若い超巨大ブラックホールだと主張する）、いずれにせよJWSTの高品質スペクトルは、宇宙史最初の10億年と超巨大ブラックホールの起源についての描像を塗り替えつつある。

Superconducting qubits — the technology behind many leading quantum processors — lose information through decoherence, and chasing down every microscopic source of loss is central to building better machines. Researchers led by Z.-H. Sung (Fermilab) report, in Physical Review Materials, the discovery that niobium hydride precipitates commonly form inside the niobium thin films used to make qubits and resonators.

These hydride inclusions — whose size, location and density can vary with fabrication and processing — represent a previously unaccounted-for channel of energy loss, degrading the coherence of superconducting qubits and other resonators. Identifying the culprit points to concrete materials-engineering fixes (controlling hydrogen uptake and heat treatment) that could improve qubit lifetimes, a quiet but important step toward scalable, fault-tolerant quantum hardware.

超伝導量子ビットは、主要な量子プロセッサの多くを支える技術だが、デコヒーレンスによって情報を失う。より良い装置を作るには、微視的な損失源を一つひとつ突き止めることが鍵となる。Z.-H. Sung氏ら（Fermilab）はPhysical Review Materials誌で、量子ビットや共振器の作製に用いられるニオブ薄膜の内部に、ニオブ水素化物（niobium hydride）が広く析出していることを発見したと報告した。

これらの水素化物の析出物は、作製・加工によってサイズ・位置・密度が変わりうるもので、これまで考慮されていなかったエネルギー損失の経路を成し、超伝導量子ビットや共振器のコヒーレンスを劣化させる。原因を特定したことで、水素の取り込みや熱処理の制御といった具体的な材料工学的対策が見えてくる。これは量子ビットの寿命を延ばし、スケーラブルで誤り耐性のある量子ハードウェアへ進むための、地味だが重要な一歩である。

If dark matter is made of very light particles (well below 1 eV), it behaves more like a wave than a particle, and the standard strategy of waiting for it to bump into a nucleus no longer works well. Hajime Fukuda and colleagues at the University of Tokyo and Chuo University propose, in Physical Review Letters, using spatially extended arrays of quantum sensors to detect such light dark matter — and crucially to measure not just its speed but also its direction.

Distributed quantum sensing has become a hot topic across quantum technology; the team imported those techniques into high-energy physics. Because the sensors are spread across space, comparing their signals reveals the velocity vector of an incoming dark-matter wave, offering a more general and directional approach than methods tied to a specific interaction. Directional information is powerful: it could help distinguish a genuine dark-matter signal from terrestrial noise and, eventually, map the dark-matter “wind” as Earth moves through the galactic halo.

暗黒物質が非常に軽い粒子（1 eVを十分に下回る質量）でできている場合、それは粒子というより波のように振る舞い、原子核との衝突を待つ従来の戦略はうまく機能しない。東京大学と中央大学の福田一氏（Hajime Fukuda）らは、Physical Review Letters誌で、空間的に広がった量子センサーのアレイを用いてこうした軽い暗黒物質を検出し、しかもその速度だけでなく到来方向まで測定する手法を提案した。

分散型量子センシングは量子技術全般で注目を集めるテーマであり、チームはその技術を高エネルギー物理学に持ち込んだ。センサーが空間的に分散しているため、それらの信号を比較することで入射する暗黒物質波の速度ベクトルが分かり、特定の相互作用に依存する手法よりも一般的で方向性のあるアプローチとなる。方向情報は強力だ——本物の暗黒物質信号を地上のノイズから区別し、ゆくゆくは地球が銀河ハローを進む際の暗黒物質の「風」を地図化することにもつながりうる。

Fault-tolerant quantum computing corrects the errors that inevitably arise as quantum computers process information, but doing so imposes overhead: extra physical qubits per logical qubit (space overhead) and extra physical operations per logical operation (time overhead). Existing schemes typically reduce one or the other; tackling both together has been hard. In a paper published online on 26 November 2025 and appearing in the January 2026 issue of Nature Physics (Vol. 22, pp. 27–32), researchers at the University of Tokyo and Nanofiber Quantum Technologies presented a protocol — with mathematical proof — that addresses space and time overhead simultaneously.

The method combines two complementary families of quantum error-correcting codes — quantum low-density parity-check (QLDPC) codes, which are efficient in qubit count, with concatenated Steane codes, which support fast logical operations. They prove the protocol achieves fault-tolerant computation with polylogarithmic time overhead and constant space overhead — even accounting for the required classical processing — pointing toward architectures that are both more scalable and faster than earlier designs, and helping close the resource gap between today’s noisy machines and practical fault-tolerant systems.

誤り耐性量子計算は、量子コンピュータが情報を処理する際に不可避的に生じる誤りを訂正するが、そのためにはオーバーヘッドが伴う——論理量子ビットあたりの余分な物理量子ビット（空間オーバーヘッド）と、論理操作あたりの余分な物理操作（時間オーバーヘッド）である。既存の手法は通常どちらか一方を削減するにとどまり、両方を同時に扱うことは難しかった。東京大学とNanofiber Quantum Technologiesの研究者らは、空間と時間のオーバーヘッドを同時に扱うプロトコルを数学的証明とともに提示し、2025年11月26日にNature Physics誌でオンライン公開、2026年1月号（22巻27–32頁）に掲載された。

この手法は、相補的な二つの量子誤り訂正符号——ビット数の面で効率的な量子低密度パリティ検査（QLDPC）符号と、高速な論理操作を支える連結Steane符号——を組み合わせる。必要な古典処理まで含めても、多項対数的な時間オーバーヘッドと定数の空間オーバーヘッドで誤り耐性計算が達成できることが証明され、従来の設計よりもスケーラブルで高速なアーキテクチャへの道を示し、現在のノイズなマシンと実用的な誤り耐性システムとの間の資源ギャップを埋めることに寄与する。

Gravitational waves are routinely detected today, but whether gravity is fundamentally quantum — carried by particles called gravitons — remains untested. Ralf Schützhold of the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) proposes, in Physical Review Letters, an experiment that would go beyond detecting gravitational waves to actively manipulating them, by transferring tiny amounts of energy between a beam of light and a passing gravitational wave.

In the scheme, light loses a small amount of energy while the gravitational wave gains exactly the same amount — energy corresponding to one or more gravitons — through stimulated emission and absorption, much as in a laser but for gravity. Using entangled photon pulses could sharpen the instrument's sensitivity enough to probe the quantum state of the gravitational field itself. Success would not directly prove gravitons exist, but it would provide strong supporting evidence; failure of the predicted interference effects would challenge graviton-based theories. The proposal ties directly into the long quest for the graviton that this site has tracked.

重力波は今日では日常的に検出されているが、重力が根本的に量子的であるか——グラビトンと呼ばれる粒子によって媒介されるか——は未検証のままだ。ヘルムホルツ・ツェントルム・ドレスデン・ロッセンドルフ（HZDR）のラルフ・シュッツホルト氏は、Physical Review Letters誌で、重力波を検出するにとどまらず、光線と通過する重力波の間でわずかなエネルギーをやり取りして重力波を能動的に操作する実験を提案した。

この方式では、レーザーに似た仕組みで、誘導放出と吸収を通じて、光がわずかなエネルギーを失う一方、重力波がまったく同じ量——1個または複数のグラビトンに対応するエネルギー——を得る。もつれた光子パルスを用いれば、装置の感度を高め、重力場そのものの量子状態に迫れる可能性がある。成功してもグラビトンの存在を直接証明するわけではないが、強力な傍証となる。予測された干渉効果が現れなければ、グラビトンに基づく理論に疑問が投げかけられる。本サイトが追ってきたグラビトン探索に直結する提案である。

On 2 January 2026, researchers from TU Wien and the Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) reported in Nature Physics the first demonstration of self-induced superradiant masing — spontaneous, long-lived bursts of microwave emission produced with no external driving. Superradiance, in which many emitters radiate cooperatively, had usually been seen as a fast energy-loss mechanism that hampers quantum technologies.

The team coupled a dense ensemble of nitrogen-vacancy (NV) centres in diamond — atomic defects whose electron spins act as tiny magnets — to a microwave cavity. After the expected initial superradiant burst, a surprising train of narrow, long-lived microwave pulses appeared. Large-scale simulations traced this to self-induced dipole–dipole interactions among the spins that dynamically repopulate energy levels, sustaining coherent emission. The very disorder that normally destroys quantum coherence here organizes the system into an extremely stable microwave source — a potential new building block for precision clocks, sensing, and communication.

2026年1月2日、ウィーン工科大学（TU Wien）と沖縄科学技術大学院大学（OIST）の研究者らは、外部からの駆動なしに生じる自発的で長寿命なマイクロ波放射のバースト——「自己誘起超放射メーザー（self-induced superradiant masing）」——の世界初の実証をNature Physics誌に報告した。多数の放射体が協同して放射する超放射は、これまで量子技術を妨げる急速なエネルギー損失の機構と見なされがちだった。

チームは、ダイヤモンド中の窒素空孔（NV）中心——電子スピンが微小な磁石として働く原子欠陥——の高密度集団をマイクロ波共振器に結合させた。予想された初期の超放射バーストのあと、想定外の細く長寿命なマイクロ波パルス列が現れた。大規模シミュレーションにより、その起源はスピン間の自己誘起的な双極子・双極子相互作用がエネルギー準位を動的に再分布させ、コヒーレントな放射を維持することにあると突き止められた。通常は量子コヒーレンスを壊す無秩序が、ここでは系を極めて安定なマイクロ波源へと自己組織化させており、精密時計・センシング・通信の新たな基本素子となりうる。

On 2 January 2026, Hendrik Hegels, Thomas Stolz, Gerhard Rempe and Stephan Dürr (Max Planck Institute of Quantum Optics, Garching) proposed in Physical Review A a scheme to generate optical Schrödinger-cat states — superpositions of two "classical" coherent light fields — using cavity Rydberg electromagnetically induced transparency (EIT).

The main obstacle to large optical cats is photon loss, which usually destroys the superposition. The authors show that by tuning the losses of the two components to have identical amplitude, decoherence can be strongly suppressed despite significant photon loss during generation — so that cat states with mean photon numbers around 30 appear feasible with existing technology. Such states are a testbed for quantum physics on mesoscopic scales and a resource for quantum information.

2026年1月2日、マックス・プランク量子光学研究所（ガルヒング）のHendrik Hegels、Thomas Stolz、Gerhard Rempe、Stephan Dürrは、空洞リュードベリ電磁誘起透明化（EIT）を用いて、2つの「古典的」なコヒーレント光場の重ね合わせである光シュレーディンガー猫状態を生成する方式をPhysical Review A誌に提案した。

大きな光の猫状態を作る最大の障害は光子損失であり、通常は重ね合わせを壊してしまう。著者らは、2つの成分の損失強度を同一振幅になるよう調整することで、生成時に無視できない光子損失があってもデコヒーレンスを強く抑えられることを示し、既存技術で平均光子数30程度の猫状態が実現可能だとした。こうした状態はメゾスコピックな量子物理の検証台であり、量子情報の資源にもなる。

On 2 January 2026, Luísa Toledo Tude, Emily Haughton and Paul R. Eastham (Trinity College Dublin) published in Physical Review A a theoretical study showing that Bose–Einstein condensates (BECs) of photons can form in dye-filled optical microcavities not only under laser/dye pumping, but also by coupling the cavity modes to an incoherent thermal reservoir such as sunlight.

They find that the threshold "pump temperature" above which condensation appears is set by the second law of thermodynamics, with the minimum threshold corresponding to a reversible three-level heat engine. The result ties photon condensation to the thermodynamics of heat engines and points toward coherent light generation, energy harvesting and quantum-heat-engine experiments driven by ordinary thermal light.

2026年1月2日、トリニティ・カレッジ・ダブリンのLuísa Toledo Tude、Emily Haughton、Paul R. Easthamは、色素を封入した光マイクロ共振器において、レーザー（色素）励起だけでなく、太陽光のような非コヒーレントな熱リザーバに共振器モードを結合させることでも光子のボース＝アインシュタイン凝縮（BEC）を生成できることを示した理論研究をPhysical Review A誌に発表した。

凝縮が現れる閾値の「励起温度」は熱力学第二法則によって決まり、その最小値は可逆な三準位熱機関のそれに一致する。本研究は光子凝縮を熱機関の熱力学と結びつけ、ありふれた熱光源で駆動するコヒーレント光生成・エネルギーハーベスティング・量子熱機関の実験への道を示す。

Tiny defects in a semiconductor can act as "traps" that capture charge carriers, quietly degrading the efficiency of solar cells, LEDs and transistors. Detecting these trap states — especially at low densities — has been difficult with existing techniques. In Science Advances (dated 1 January 2026), researchers at the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) and collaborators reported a photo-Hall-effect-based method that detects electronic trap states with roughly a thousand times greater sensitivity than conventional approaches.

The technique builds on the Hall effect — the sideways deflection of moving charges in a magnetic field — but resolves the contributions of electrons and holes separately under illumination (a "carrier-resolved photo-Hall" measurement). This lets the researchers extract detailed information about trap densities and carrier behavior that is otherwise hidden. Because trap states are a key limiter of performance in photovoltaics and other optoelectronic devices, a far more sensitive, contact-friendly diagnostic could accelerate the design of higher-efficiency solar cells and related technologies.

半導体中の微小な欠陥は、電荷キャリアを捕える「トラップ（罠）」としてはたらき、太陽電池・LED・トランジスタの効率を静かに低下させる。こうしたトラップ準位を——特に低密度のものを——検出することは、既存の技術では困難だった。Science Advances誌（2026年1月1日付）で、韓国科学技術院（KAIST）と共同研究者は、フォトホール効果に基づき、電子トラップ準位を従来手法の約1000倍の感度で検出する方法を報告した。

この手法は、磁場中で動く電荷が横向きに偏向するホール効果を土台としつつ、光照射下で電子と正孔の寄与を別々に分解する（「キャリア分解型フォトホール」測定）。これにより、通常は隠れているトラップ密度やキャリアの振る舞いに関する詳細な情報を引き出せる。トラップ準位は太陽光発電をはじめとする光電子デバイスの性能を制限する主要因であるため、はるかに高感度で扱いやすい診断法は、より高効率な太陽電池や関連技術の設計を加速しうる。

Tokamak plasmas have long been bound by an empirical ceiling on density — the Greenwald limit — beyond which the plasma tends to disrupt. On 1 January 2026, researchers at the Institute of Plasma Physics (ASIPP, Chinese Academy of Sciences), Huazhong University of Science and Technology, and Aix-Marseille University reported in Science Advances that the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) reached a long-predicted "density-free regime," remaining stable at densities far above the traditional limit.

The key was controlling plasma–wall interactions during start-up: using electron-cyclotron-resonance-heating (ECRH)-assisted ohmic start-up, the team reduced impurity accumulation and energy losses, suppressing the instabilities that normally trigger high-density disruptions. The work, co-led by Ping Zhu (HUST) and Ning Yan (ASIPP), points to a practical, scalable pathway for operating tokamaks at higher density — important because fusion power output rises steeply with density, making it directly relevant to next-generation burning-plasma devices on the road to ignition.

トカマクのプラズマは長年、密度の経験的な上限——グリーンワルド限界——に縛られ、それを超えるとプラズマが崩壊（ディスラプション）しやすくなることが知られてきた。2026年1月1日、中国科学院プラズマ物理研究所（ASIPP）・華中科技大学・エクス＝マルセイユ大学の研究者らは、全超伝導トカマク「EAST」が長年予言されてきた「密度フリー領域（density-free regime）」に到達し、従来の限界をはるかに超える密度でも安定を保ったとScience Advances誌に発表した。

鍵は、起動時のプラズマ・壁相互作用の制御だった。電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）を併用したオーミック起動により、不純物の蓄積とエネルギー損失を抑え、高密度ディスラプションを引き起こす不安定性を抑制した。華中科技大学の朱平（Ping Zhu）とASIPPの厳寧（Ning Yan）が共同で主導した本研究は、より高い密度でトカマクを運転する実用的でスケーラブルな道筋を示す——核融合の出力は密度とともに急峻に増大するため、点火へ向かう次世代の燃焼プラズマ装置にとって直接的に重要な成果である。

In the Nature issue dated 1 January 2026 (Vol. 649; first posted online in November 2025), a Harvard-led collaboration with MIT, QuEra Computing, and NIST/University of Maryland presented a complete blueprint for a universal, fault-tolerant quantum processor built from reconfigurable arrays of up to 448 neutral atoms. Using surface codes, the team showed that repeated quantum error correction suppresses errors below threshold — an improvement factor of 2.14 per increase in code distance — by combining atom-loss detection with machine-learning decoding.

Crucially, they went beyond error-corrected memory: they entangled logical qubits using transversal gates and lattice surgery, and achieved universal logic via transversal teleportation with three-dimensional [[15,1,3]] codes, together with logical-state generation and physical-qubit reset. These ingredients establish practical foundations for scalable, universal error-corrected processing in neutral-atom systems. (The paper appeared in print in the 1 January 2026 issue of Nature, Vol. 649, after being posted online in November 2025.)

2026年1月1日付のNature誌 第649巻（オンライン公開は2025年11月）で、ハーバード大学を中心にMIT・QuEra Computing・NIST／メリーランド大学が参加する共同研究は、最大448個の中性原子の再構成可能アレイで構築した、普遍的で誤り耐性のある量子プロセッサの完全な設計図を提示した。チームは表面符号を用い、原子損失の検出と機械学習デコーディングを組み合わせることで、繰り返しの量子誤り訂正が誤りをしきい値以下に抑制すること（符号距離を上げるごとに2.14倍の改善）を示した。

重要なのは、誤り訂正メモリにとどまらず、横断的（transversal）ゲートと格子手術（lattice surgery）で論理量子ビットをもつれさせ、三次元[[15,1,3]]符号を用いた横断的テレポーテーションにより普遍的な論理演算を実現した点である。論理状態の生成や物理量子ビットのリセットも併せ、中性原子系でスケーラブルかつ普遍的な誤り訂正計算の実用的基盤を築いた。（本論文は2025年11月にオンライン公開され、2026年1月1日号のNature第649巻に掲載された。）