この記事では、量子センシング技術の種類、製造業への影響、そしてこの分野の今後の方向性について解説します。信じられないかもしれませんが、量子センシングは50年以上前から存在する技術分野であり、現在ではLIDARなどのレーザー、磁気共鳴画像法（MRI）、太陽電池などに広く利用されています。
社会は既にこれらの技術の恩恵を享受していますが、広く議論されている量子コンピューティングや量子通信ほど広く知られていません。よく言及される「量子優位性」とは、量子コンピュータが非常に短時間で問題を解く能力を指し、これまでは非現実的で複雑な問題も実現可能にします。量子通信はサイバーセキュリティの文脈でしばしば議論されます。どちらの分野も急速に成長していますが、普及するにはまだ数年かかるでしょう。
量子センシングへの主なアプローチは、フォトニクスと固体システムです。フォトニクスは光を様々な方法で操作する一方、固体システムは、刺激（測定対象）との相互作用によって変化する既知の量子状態にあるセンサーを扱います。これらのアプローチにおいて、量子センシング技術は5つの異なるカテゴリに分類され、互いに補完的な強みを持っています。
（１）量子イメージング- 量子ライダー/レーダーを使用して移動する物体や隠れた物体を検出する。最もよく知られている応用分野は国防である。
（2）量子電磁センサー- これらのセンサーは、窒素空孔中心、原子蒸気、超伝導回路を用いて動的な電磁場を測定します。防衛用途にも使用されるだけでなく、MRIなどの医療分野でも使用されています。
（3）重力計＆ G放射計- これらはそれぞれ重力場の強度と変動を測定します。現在の用途には地下における地球物理学的現象の調査が含まれ、主にエネルギー分野では貯留層探査に使用されています。
（4）温度計＆ B高度計（M測定T温度＆ A大気P圧力、Rそれぞれ- これらの特殊なツールは通常使用されるものよりもはるかに感度が高く、冷たい原子雲と超伝導量子インターフェースデバイスを使用することで、潜水艦や航空機などの重要な用途においてより高い精度を実現します。
（５）具体的なSエンシングAアプリケーションW〜番目QウアンタムCコンピューティングまたはC通信またはA Cの組み合わせBその他- 量子コンピューティングと通信技術が成熟するにつれて、これらのアプリケーションはさらに開発される必要があります。
量子センシング技術は当初、デジタルカメラなど、今日よく目にする製品に利用されていました。次世代の量子センシング技術が商用化されれば、メーカーは様々なメリットを享受できるでしょう。例えば、精度と正確性が求められる測定において極めて高い感度を実現できること、そして航空宇宙、バイオメディカル、化学、自動車、通信といった業界において新たなユースケースが次々と生まれることが挙げられます。これは、これらのセンサーがシステムの量子特性を利用して、システム内の小さな物理的変化や特徴を測定することで可能になるからです。
次世代の量子センシング技術は、従来製品よりも小型、軽量、そしてコスト効率に優れるよう設計されており、従来のセンシング技術と比較して非常に高い測定解像度を提供します。初期のユースケースとしては、微細な欠陥を特定する高品質製品の品質管理測定、精密製品の厳密な測定、表面下に隠れたものを測定する非破壊検査などが挙げられます。
次世代量子センシング技術の導入を阻む現状の障壁には、開発コストと開発期間があり、業界全体での導入が遅れる可能性があります。また、新しいセンサーと既存のデータフレームワークの統合や業界内での標準化といった課題も挙げられます。これらは、新興技術の導入・統合に伴う多くの課題を反映しています。価格への敏感度が低く、最も大きな恩恵を受ける業界が主導権を握るでしょう。防衛、バイオテクノロジー、自動車業界がこれらの高感度技術の応用例とビジネスケースを実証すれば、技術の進化と規模拡大に伴い、新たなユースケースが生まれるでしょう。製造業界が品質や生産性を犠牲にすることなく精度と柔軟性を向上させるために新技術を導入するにつれ、高解像度で測定する方法と技術はますます重要になるでしょう。
量子センシングと無線ネットワークなどの他の先進技術を組み合わせることで実現できるメリットに注目することが重要です。建設業や鉱業といった製造関連産業も恩恵を受けるでしょう。これらのセンサーが十分に小型かつ安価に開発されれば、スマートフォンにも搭載されるようになるかもしれません。
投稿日時: 2024年1月30日