宇宙で最もさまざまな場所に存在している物質は、未だに科学者も直接観測できておらず、人間が開発したあらゆる装置も検出できていない、捉えどころのない物質でもあります。捉えどころがなくもどかしくなるこの物質は「暗黒物質」と呼ばれています。銀河系の形を維持し、コズミック・ウェブと呼ばれる銀河同士のネットワークを形成する役割を果たしています。暗黒物質は宇宙の根幹となる物質であるにも関わらず、人間にとってはまだ不可解な存在であり、仮説の域を出ないままの状態です。しかし有望な最先端技術が開発されたことにより、その状況が今正に変わろうとしています。最も神秘的な素粒子である暗黒物質の謎が、初めて解き明かされようとしているのです。

量子センシングと呼ばれるこの革新的な科学イノベーションは、前代未聞の力と精度を持ち合わせたテクノロジーです。オプトメカニカルセンサー（非常に弱い力を感知して振動する微細な膜のようなもの）を使って暗黒物質の動きを検知することで、暗黒物質を解明する突破口[1]を開きます。量子光によって、ついにその存在が明らかになる日が訪れようとしています。

この技術が実現すれば、宇宙で最も神秘的な謎が量子センシングによって解明されるでしょう。しかし、すべての応用分野が理論研究の周辺領域に限定されるわけではありません。実際、量子センシングは、旅行、医療、安全・防衛、研究、貿易、製造業といった普段の生活の様々な側面を向上させていく技術です。また、AIと共に、人間の潜在能力を開花させる大きな力を秘めたツールです。主なユースケースには次のようなものがあります。

  • 地殻変動や重力の動きをより精度高く検知し、津波、地震、火山の噴火といった自然災害の予知
  • 気候変動プロセスの解明に向けた洞察
  • 鉱山、地下トンネル、下水道、公共インフラなど地下環境の精密なマッピング
  • 道路、海、空から渋滞環境下まで、安全で効果的な自動運転車の走行試験
  • 現在のGPS（全地球測位システム）装置の性能をはるかに凌ぐ、超高精度ジオロケーション・テクノロジー
  • 医師が様々な病気を抱える患者さんの診断や治療に使用する、鮮明な医療画像

このような可能性を秘めた技術がすぐ手の届く場所にある中、量子センシング技術はかなりの成長が予測されています。量子センサー業界の市場規模は2030年までに10億米ドルに達し、年平均成長率（CAGR）も10%～15%まで見込まれています。そして従来のセンサー技術に取って代わりながら、2040年には60億米ドルにまで達すると推定されています[2]。

では一体、量子センシングとはどのようなもので、この非常に小さなテクノロジーが実世界に対してどのように非常に大きな影響を及ぼす可能性を秘めているのでしょうか？

量子センシングの仕組み

量子センシングは近年台頭している量子技術の1つです。微小な磁場、重力変化、時間動作の微細な変化といった、量子力学特有の性質を利用しており、地球上で起きている非常に小さな変化を感知します。これらの技術を組み合わせ、繊細な量子システムの特性を応用して、非常に精度の高い測定装置を作りあげています。

量子センサーの中核を成すのは、各原子や、おそらくイオンや光子なども含む、物理法則に従って振る舞う制御可能な量子系です。量子系は厳密に定義された離散的なエネルギー状態、すなわち、複数の状態が同時に重ね合わされた状態で存在します。有意義な結果を得るため、まず測定する量子系を既知の量子状態下に置き、その状態から徐々に測定したい物理量（磁場や、おそらく重力勾配など）を作用させながら、最終的に量子状態が変化する様子を分析します。

量子技術は他の従来の技術をはるかに凌ぐ技術です。なぜなら、量子状態は環境に対して非常に厳密に反応するため、わずかな変化も測定できるからです。

いくつかの量子力学の考え方を応用させることで、この感度はさらに高まっています。そのうちの1つが「量子コヒーレンス」で、粒子は周囲から複数の情報を集めながら、その複数の状態間で一定の関係性を維持します。もう1つは「量子もつれ」で、複数の粒子の動きが相関関係にあり、一方の状態を測定すれば、もう一方の情報もわかる、というものです。量子コヒーレンスと量子もつれの現象をセンサー内で応用すると、測定時のノイズを減らし、測定したい情報を多く集めることができるため、従来の装置を超えた精度で測定ができるのです。

量子センシングの技術はどこまで進んでいるのか？

量子センサーはすでに日々のテクノロジーの中で応用されています。原子時計もその1つです。GPSシステムの裏で時間を管理しており、原子の非常に安定した量子エネルギーレベルを活用しています。他の量子センサーの例は、それぞれの開発過程によって様々なステージにあります。最新の装置では冷却原子、超電導回路、あるいは窒素-空孔中心と呼ばれるダイヤモンド結晶内部の格子欠陥を利用して微弱なシグナルを検出しています。こうしたセンサーは、衛星なしで機能するナビゲーションシステム、超高感度な医療画像、地球の重力の微細な変化を測定するだけで地下構造をマッピングできる機器など、最近までSFの領域だった能力を実現し始めています。

先端量子技術グループ（MITリンカーン研究所内）のような専門家を集めた研究拠点では、こうした世界を実現しようと開発に着手し始めています。リンカーン研究所では、イオン方式の量子計算機テストベッドや、精度の高い時計、磁力計、マイクロエレクトロニクス診断用の量子顕微鏡など、驚くようなポテンシャルを秘めた装置を開発して、エンジニアが量子宇宙の枠を超えようとしています。

先端量子技術グループはすでに、超高感度ナノスケール検出器を使った新たな測定方法を開発しています。この方法を使うと、既存のテクノロジーよりも幅広い周波数を計測できます。2026年3月、当グループは、温度によるノイズの低減と感度を向上させるために真空内クライオエレクトロニクス（極低温電子工学）を使用してイオンの捕捉に成功したことを発表しました。これは、拡張性のある量子コンピューティングシステムの構築に向けて極めて重要な一歩となりました。

量子センサーから得られたインサイトによって、航空機製造、気候学、ヘルスケア、サイバーセキュリティ、地質工学、保険、鉱物抽出、環境管理、運送、宇宙開発、電力網の調和など幅広い業界で性能を急速に向上させています。

これらの領域で働いていなくても、多くの人が量子センシングの実用性、可能性、条件を理解するのは難しいことがわかるでしょう。災害の検知や地下の調査など特定の分野にわたって利用されている量子センシングの応用方法について詳細を学ぶと勉強になるでしょう。

新たな技術は未来を守れるか？

2004年12月に起きたスマトラ島沖大地震及びインド洋津波では、約25万人の人が亡くなり、数えきれないほどの人が負傷し、家を失い、生活に困窮しました。もし津波を引き起こす原因となる地震を予知するシステムがあれば、人々は高台の安全な場所に避難することができたかもしれません。

おそらく将来的には、自然災害に対してより正確な予測ができるようになるでしょう。その時は、量子センシングの技術に感謝しましょう。

英国では近年、ニュージーランドとの国際科学パートナーシップ基金に約100万米ドルを投じました。その目的は、ロンドンにある英国国立物理学研究所（NPL）で量子システム技術を開発するためです[3]。海底にある既存の光ファイバー通信ケーブルに量子光学干渉計を導入し、これにより、早期に地震や異常な海流を検知しようとしています。

英国では他にも、バーミンガム大学の量子テクノロジー・ハブにおいて、地震が発生している状態と同じ意味を示す、質量バランスの急激な変動が原因で起きる重力場の微細な変化を検知するセンサーを開発しています。こうした高度に進化した次世代センサーの成否は、冷却原子の量子的な振る舞いにかかっています。冷却原子とはレーザーと磁場によって絶対零度まで冷却された原子で、通常の動きをしなくなる代わりに波のような性質を示すようになります[4]。

また、局所重力に明らかな変動が起きれば、既存の地震センサーでは測定できず命を奪い続けてきた火山の噴火前に、危険を知らせることができるでしょう。2018年の6月に噴火したグアテマラのフエゴ火山では、火砕流が発生して地元の村を飲み込みました。その結果、150人以上の人々が亡くなり、数百人以上が行方不明となりました。翌年ニュージーランドのファカアリ（ホワイト）島で突如起きた水蒸気爆発でも、22人が亡くなり、25人が負傷しました。さらにその2年後、インドネシアのスメル山が噴火しました。多くの火山灰が舞い、火山泥流が流れ、50人以上が亡くなりました。

カナリア諸島のテネリフェ島では現在、新たな量子センシング技術の試験が行われており、将来的にこのような破壊的な出来事を予測して事前に警告を出せるような技術を開発しています[5]。テネリフェ島にはヨーロッパで最高峰の火山テイデ山があり、過去10年間、火山の状態が不安定になってきています。こうした背景から、現在フランスのテクノロジー企業Exail（エグジル）社が開発した絶対量子重力計（AQG）が3台設置されています。AQGはレーザーに使用するルビジウム原子雲を冷却し、捕獲することで稼働します。その後、物質波干渉法の流れに従って、重力下で自由落下しているルビジウム原子の加速度を計測します。この分析手法を使うと、地下のマグマやガスの動きによって現地の重力場が変化する様子を検出できます。Exailは現在25台以上のAQGをヨーロッパ、米国、日本、中国、グリーンランドで稼働しています[6]。

量子センサーが特定できるのは差し迫った災害だけにとどまりません。人間の存続を脅かしかねない気候変動の長期的な影響を診断する際にも、この技術を少しずつ利用し始めています。

EUが新たに1700万ユーロを投じたCARIOQA-PMPプロジェクト[7]では、宇宙ベースの量子加速度計を開発し、この技術を使って軌道のセンサーで地球の高解像度重力マップを作成してこれまでにない正確な環境データを入手することを目指しています[8]。

将来的に宇宙で実装されたら、この量子センサーが地球の大気の変化や氷河の融解や海水面の上昇といったエコシステムの変化を正確に追跡できるようになるでしょう。将来の気候パターンを予測することで、地球温暖化の軽減策の一助となるでしょう。このプロジェクトは欧州委員会とQuantum Flagship（量子フラッグシップ）が提携して行っており、長年の課題であった宇宙からの重力検出を目指しています。  従来の重力計では、地球のさまざまな地域から微細な変化を測定する際、弱い重力信号を検知するのが困難でした。しかし今回開発している新たな量子加速度計であれば、人工衛星の軌道や速度に柔軟に対応して計算ができ、末端のシグナルを増幅させることができます。当チームは「人工衛星を利用した地球の科学の大変革」に期待を寄せており、2030年までには軌道に投入したいと考えています[9]。

量子センサーは人々の暮らしを豊かにするか？

地下の世界は私達人間がまだ解明しきれていない世界の1つです。アーサー・C・クラークは、「高度に発達した技術は魔法と見分けがつかない」という名言を残しています[10]。これは、量子センシングへの可能性に対しても言えることだと思います。地下が「見える」能力は、魔法のようなものです。

量子センシングによって地下の空洞が検出できるようになれば、従来の地中レーダーには不可能だったことが可能になり、費用も高くリスクもあった侵襲的な掘削も行わずにすみます。量子重力計を使えば、さらに詳細な地下の地図を高い空間分解能で把握することができるかもしれません。

数ある装置の中でも、地下量子センシングを使うことで、測量士が老朽化したインフラの監視と安全性の確保ができるようになります。たとえば輸送や公共事業用のトンネルは時が経つに連れて劣化し、亀裂が入ったり内部応力がかかったりします。今のところ簡単に安く診断できる方法はないため、時々大惨事が起こります。2023年11月には、インド北部にある二車線の高速道路のトンネルが陥没し、41人の作業員が地下に閉じ込められ、後に救助されるという事故が起きました。この事故は、メタシルト岩と千枚岩から成る岩盤の弱さが予見できなかったために起きたと考えられています[11]。2025年7月には、ロサンゼルスのウィルミントンにある廃水用クリアウォータートンネルの一部が改修中に崩壊し、31人の作業員が救助を必要としました。この事故は、トンネルにストレスをかける予期せぬ地圧によって内部の歪みが生じて起きたと考えられています[12]。量子重力計は建設予定の道路や建物の下にある空洞の検出にも役立っており、陥没が予測される場所を避け、建設承認前に地下環境の適合性を確認することができます。

さまざまな量子センサーを使えば、鉱物、原油、水といった貴重な地下資源が眠っている場所を探し当てることもできます。原子気体磁気計やグラジオメーターのような中性原子を用いたセンシング技術は、非常に微かな磁場のベクトルや重力変動を測定でき、地下マッピングの正確性を飛躍的に向上させます。このような技術により地下の建造物の詳細な3Dマッピングを作成することができるため、効率的に掘削を行い、探索コストを下げ、環境へのダメージを減らすことができます。ダイヤモンド量子磁力計を使うと、リチウム、銅、コバルト、プラチナ、ニッケル、その他のレアアースといった希少な鉱物がある場所を検出できます。多くの元素がグリーンエネルギーに移行するために欠かせません。2025年には、カナダのケベック州北部にありニッケルが産出されるGlencore（グレンコア）社のラグラン鉱山で、量子重力計を使って鉱床の3Dマップを作成しました。その精度は従来の磁場マップの9倍以上あると考えられています[13]。

もう1つの装置は、超伝導量子干渉計、すなわちSQUIDで、オーストラリアの国家科学機関CSIROが開発した携帯用の探索機器の中にすでに搭載されています。SQUIDには地球の磁場の1億分の1のサイズの磁場を読み取る量子センサーが使用されており、オーストラリアだけで40億米ドル以上の埋蔵物を発見したと評価されています[14]。

市民の安全と経済的ベネフィットを健全に確立するならば、量子センシングは紛れもなく魅力的な技術でしょう。では、世界の量子分野を牽引しているのは誰で、この成長分野を後押しするにはどのような支援がさらに必要なのでしょうか？

量子テクノロジーの発展と共に投資機運も高まるか？

投資や合併が起きるということは、先進的な量子センシング業界の市場が健全で成熟していることを示しています。その裏には、IT業界の重鎮、防衛関連企業、スタートアップなど幅広いプレーヤーが存在します。量子センサーの業界大手には、SandboxAQ（Googleの親会社Alphabetの一部門）、Honeywell、Lockheed Martin、IonQなどがあります。

有名企業だけでなく、多くの専門的なスタートアップもこの業界のディスラプターとして活躍しています。米国では、カリフォルニアに拠点を置くAOSenseが、ナビゲーションや重力測定用の原子干渉計を開発し、地球物理探査の装置に幅広く利用されています。コロラドに本部を置くInfleqtionは、磁力計やジャイロスコープに使われている冷却原子技術を開発している企業で、すでに政府機関がその技術を使った装置を試験導入しています。アジアでは、シンガポールのAtomionicsが地下資源を検出するために原子干渉法を用いた携帯用量子重力計を開発しています。一方オーストラリアでは、Q-CTRLが量子センサーの安定性を改善するソフトウェアを開発しており、主にナビゲーション機能に利用されています。また、英国ではAquark Technologiesが、防衛産業をターゲットに、コンパクトな量子センサーに利用するレーザー冷却技術を開発しています。

公共セクターはどの国も軒並み積極的です。米国で2025年に成立したエネルギー省量子リーダーシップ法では、2020年代の終わりまでに25億米ドルを量子技術に投資するという骨子を示しています[15]。同様に英国の国家量子技術プログラム（National Quantum Technologies Programme）[16]は、インフラを監視する重力計測計の研究者や、ヘルスケア領域で使用する携帯用の磁気計の研究に資金を提供しています。一方中国では、国が国家研究所のネットワークのホストとなり、基礎的な調査や軍事装置用の量子センシングプログラムの運営に着手しています。

現在量子センサー業界が直面している課題を考えると、この投資は極めて重要になります。他の新規技術と同様、量子センサーはかなり高額な値がつけられています。レーザーや高精度光学部品は高価で、しかも現段階ではその産業規模が小さすぎるため、原料や製造業に対して規模の経済の効果を発揮することができません。

量子センシングの基盤となる技術は、依然として外部からの電磁障害や機械的振動、温度変化の影響を受けやすい状況です。しかしAIのおかげで状況が好転する兆しは見えてきました。AIを利用したエラー抑制プログラムを組み込めば、外部環境からの妨害要因を取り除くことができ、量子コヒーレンスを改善することができるかもしれません。

量子センサーを真に主流化するには、何らかの方法で技術を小型化する必要があります。多くのシステムでは今もなお、大型の真空設備や分厚い磁気シールドを利用しています。技術が進歩するに連れて設備はもっとコンパクトになっており、磁気計の中には持ち運びできそうなサイズ感のものもあります。この取り組みが他の機器にも展開されていけば、量子センシングは一般市場での普及を目指して次の段階へと進んでいけるでしょう。

さらに、量子センサーは既存システムやハードウェアに組み込まれていくため、ソフトウェア開発や標準化に多大な労力が必要となるでしょう。テクノロジーが国境や業界の垣根を越えて広く導入されていくためには、一貫したベンチマークや規制に関するルールブックも必要となるでしょう。

こうした課題をクリアすることができれば、量子センシングは業界を再編し、私たちをより安全な世界へと導いてくれると確信しています。量子センシングなら、人類にとって不可欠なインフラを守り、重要な資源を見つけ、自動運転車の技術を新たな段階に進め、かけがえのない生態系に対して気候変動が長期的に及ぼす影響を監視してくれるはずです。

量子センシングには、AIのような他の革新的なテクノロジーが台頭した時と同じように、未来はすぐそこにあるという、独特の期待感があります。微小な世界で機能する技術かもしれませんが、その影響はあらゆる意味で非常に大きなものになるでしょう。個人的には、量子の世界を勇敢に探求し続けることで、人間の思いもよらない機会がやってくると思うと、非常に楽しみです。

量子センシング：5つのクイックファクト

質問：量子センシングの技術は、日頃使っている装置にすでに導入されていますか？

回答：はい。原子時計やGPSシステムを使った時間管理を行う部品には正に使用されている技術です。

質問：量子センシングは人類の命を救う可能性を秘めていますか？

回答：現在、ヨーロッパ最高峰の火山であるテネリフェ島のテイデ山では、絶対量子重力計（AQG）を使って疑わしい地震活動を監視し、危険な火山活動の危険信号をいち早く提供しています。

質問：量子センシングは気候変動の取り組みにどのように役立ちますか？

回答：EUが1700万ユーロを投じたCARIOQA-PMPプロジェクトでは、将来的に軌道センサーを使って地球の高解像度重力マップを作成し、地球の大気や生態系に起きた変化を正確に追跡できるようになる予定です。

質問：量子センシングによって地下にあるレアアースはもっと見つかるようになりますか？

回答：SQUID（超伝導量子干渉計）は量子センサーを使って地球の磁場の1億分の1のサイズの磁場を読み取っており、オーストラリアだけですでに40億米ドル以上の埋蔵物を発見しています。

質問：量子センシングは財務面においても将来有望な技術でしょうか？

回答：量子センサー業界は2030年までに10億米ドル、2040までに60億米ドルの市場規模が見込まれています。

 

[1] https://phys.org/news/2026-02-quantum-sensor-advances-pursuit-dark.html

[2] https://www.mckinsey.com/capabilities/tech-and-ai/our-insights/tech-forward/quantum-sensing-poised-to-realize-immense-potential-in-many-sectors

[3] https://www.innovationnewsnetwork.com/uk-research-advances-tsunami-warning-systems-and-quantum-tech/46720/

[4] https://www.birmingham.ac.uk/news/2023/how-can-quantum-technology-improve-earthquake-detection

[5] https://spie.org/news/photonics-focus/marchapril-2026/detecting-volcano-eruptions

[6] https://spie.org/news/photonics-focus/marchapril-2026/detecting-volcano-eruptions

[7] https://carioqa-quantumpathfinder.eu/

[8] https://thequantuminsider.com/2024/09/26/european-scientists-quantum-space-sensor-could-help-monitor-climate/

[9] https://thequantuminsider.com/2024/09/26/european-scientists-quantum-space-sensor-could-help-monitor-climate/

[10] This is known as Clarke’s Third Law, published in his 1962 essay “Hazards of Prophecy” and Profiles of the Future, implying that highly sophisticated technology seems miraculous to those who do not understand it.

[11] https://www.theisrm.org/failure-of-foresight/

[12] https://www.geoengineer.org/news/the-los-angeles-clearwater-collapse-insights-on-the-causes-and-technical-response

[13] https://www.kearney.com/service/digital-analytics/article/quantum-sensing-unprecedented-precision

[14] https://www.csiro.au/en/news/All/Articles/2023/May/Quantum-computing-and-mining

[15] https://thequantuminsider.com/2025/02/14/senators-introduce-2-5-billion-bill-to-expand-u-s-quantum-research/

[16] https://uknqt.ukri.org/