量子センシング ・ 計測
世界は量子でできている！
私たちは普段の生活ではそれに気づかないことが多いのです。これは、量子システムは通常小さすぎて、環境のほんのわずかな変化でさえもその主要な特性や量子性が破壊されてしまうことが多いからです。幸いなことに、量子制御によってこれを逆転させ、量子システムを使って極めて高感度な量子センシングデバイスを実現することができます。しかし、量子システムの特定の実現や特性は環境や普遍性にほとんど影響されないため、基本定数や時間そのものの量子計測を実行するのに最適です。もうひとつの量子パラドックスは、量子システムを使用して環境のごくわずかな変化を感知できる一方で、環境による影響がほとんどないため、量子システムを標準として利用できるという点です。
量子センシングか量子計測か?
量子センシングとは、通常、量子システムまたは量子手法を用いて微弱な信号を検出し、監視することを指します。代表的な例としては、磁場、電場、電磁場、同位体比、加速度、回転、重力などが挙げられます。量子計測は通常、より広い意味で用いられ、物理量または基本定数の量子強化測定も含まれます。これもまた、特定の量子システムを用い、量子論理やエンタングルメントなどの量子手法を適用することで実現できます。量子計測の典型的な使用例としては、時間と周波数の測定、あるいは微細構造定数、ニュートンの重力定数、リュードベリ定数、プランク定数と原子質量の比（例：h/mCs）などの基本定数の測定が挙げられます。
レーザーは量子センシングと計測を可能にする
レーザーは量子センシングと計測における基本的なツールです。原子、イオン、色中心、量子ドットなど、様々な量子系を準備、精密制御、操作するために使用されます。レーザーは、測定結果を比類のない精度で読み出すために用いられ、量子粒子の冷却と捕捉に不可欠です。また、光量子時計（原子時計やイオン時計など）や高感度量子検出器にも不可欠です。チューナブルダイオードレーザー、ファイバーアンプ、光周波数コム、波長計は、レーザーラックシステムに理想的に統合され、完全なソリューションとして提供され、この応用分野に最も適した製品です。
量子計測の応用として最もよく知られているのは、おそらく光量子時計を用いた時間と周波数の測定でしょう。量子物理学と超安定レーザーの力をフル活用した光量子時計は、時間の測定方法を再定義し、航海、通信、科学的発見、そして秒の定義そのものに影響を与えています。学術研究機関や国立計量標準研究所の科学実験室において、1,000,000,000,000,000,000 (10の18乗) 分の1の相対精度と正確さを達成した最初の光量子時計が、現在市販されています。
原子量子システムは、原子内の高度に励起された電子状態、いわゆるリュードベリ状態のエネルギーが電場によって大きくシフトするという効果を利用して、DCからTHzまでの電場測定を改善するために使用できます。通常1～3個の波長可変狭線幅レーザーを用いた高解像度レーザー分光法は、これらのシフトを測定し、印加電場を定量化するために使用できます。高解像度に加えて、原子リュードベリセンシングは、コンパクトな測定装置、センサーによる電場の歪みが少ないこと、測定対象となるRF周波数帯域の非常に広いチューニング範囲など、さらなる利点を提供します。
量子磁力計（QM）は、量子応用技術の中で最も市場に近い技術の一つであり、既に商業利用が始まっています。産業用QMでは、ダイヤモンドの色中心（典型的にはNV中心）やガスセル内の原子（典型的にはCs、Rb、K）が用いられます。科学システムでは、他の原子も探査されています。QMの応用分野には、医療用画像診断、ナビゲーション、技術システムやコンポーネントにおける電流測定などがあります。
