为计算机带来革新的“量子技术”也即将应用到测量温度、磁场等物理量的传感器上。传感器应用量子技术的优势在于可以实现数量级别的高精度。从提高电动汽车（EV）的性能到阐明疾病机理，其用途十分广泛，东京工业大学和量子科学技术研发机构（量研机构）等走在研究的前列。到2050年，也许会实现精度能够达到测量人体每一个细胞的传感器。
东工大开发的金刚石制量子传感器㊧及使用该传感器测量电流的状态㊨（东工大提供）
作为使用了量子技术实现“量子传感器”的材料金刚石格外引人注目。将其晶体中部分碳原子用杂质氮原子取代，那个位置就叫NV中心，可以起到极小的传感器的作用。
将绿色激光照射到NV中心，会发出红色的荧光，荧光的强度根据温度和磁场等的变化而变化，这是因为NV中心在磁场等的作用下会改变电子的状态。利用这个现象，可以通过测量荧光的强度，便可在极高的精度下检测出温度、磁场等的变化。
东工大的波多野睦子教授等与矢崎总业组成的研究团队，已将量子传感器应用于高精度电流传感器。在测量最大1000A左右的电流的同时，将测量误差缩小到了大约10mA。这是传统电流传感器约100倍的精度。
研究团队看好的一个用途是用来测量电动汽车（EV）上的电池充放电时的电流。电动汽车的电池为了防止过度充放电，容量上设置有余量。充电率存在约10%的估算误差，通过量子传感器可以将这个误差降低到1%以下，就可以减少过多的余量。这样，使用相同容量的电池，行驶距离可以延长10%左右。
这种量子传感器对外部的噪声也有很强的抵抗力。“我们实验室离首都圈两条主要铁路线相交的地方非常近，但这些噪声对测量结果几乎没有影响”（波多野教授）。
量研机构则在推进量子传感器在医疗领域的应用。传统研究方式，是给蛋白质等添加荧光分子，从而观察各种生命现象。如果用量子传感器来代替，还能测出细胞内的温度等，更有助于阐明疾病的机理。
以量研机构为中心的研究团队开发出了只有5nm（1nm为10亿分之1m）大小的量子传感器，打开了通往“细胞内传感器”的道路，还可以测量液体氢离子指数（pH）。
首先瞄准应用的是再生医疗。培养患者的细胞制作组织时， pH值和温度是决定培养效率的关键。如果采用量子传感器，之前难以测量的局部pH值和温度的变化都可以捕捉到。
2022年5月，量研机构与冈山大学等共同发表了将量子传感器所需电路集成在玻璃基板上的技术。这是在再现脏器功能的生物芯片中利用量子传感器的一项基础技术。
量研机构量子生命·医学部门量子生命科学研究所的汤川博项目总监表示：“未来也许能实现监测身体每个细胞的技术， 实现‘没有疾病的世界’”。
日本具有材料开发优势
使用金刚石的量子传感器的研究始于1980年代的德国和英国。现在除了德国以外，美国、日本、中国也在致力于有关研究。自从美国哈佛大学造出纳米级晶体以来，产业应用方面的动向也变得活跃起来。
日本和澳大利亚在细胞测量等生命科学和医疗领域方面处于领先地位。在德国，大学和半导体公司已经建立起了将其应用于电动汽车的项目。
对日本来说，量子传感器领域属于提高国际竞争力的下一代产业，非常值得期待。在制作传感器的金刚石材料方面，住友电气工业等日本企业在合成技术上具有优势。并且，在左右传感器性能的NV中心的研究与制造技术方面也是日本的强项。世界上研究量子传感器所使用的NV中心，似乎大多也都是由量研机构制造的。
据量研机构・新一代量子传感器研究团队的五十岚龙治先生说：“我们除了与传感器研发公司合作，还与材料研发公司合作。这是日本在研究量子传感器方面的优势”。正因为量子传感器是日本已经具齐了可以发挥优势条件的技术，产业界及国家的推进就更重要。
日文：松元则雄、《日经产业新闻》、2022/9/30
中文：JST客观日本编辑部
