自動運転車両で100メートル先の歩行者を検知する「量子レーダー」とは：5分で分かる最新キーワード解説（3/3 ページ）

複雑な量子をレーダーに応用し、悪条件でも人やモノを捉える「量子レーダー」が誕生した。電波を使うレーダーと何が違うのか。

[土肥正弘，ドキュメント工房]

ミクロからマクロへの発想の転換

　従来は、主に1つ1つの量子（光子または電子）のエンタングルメントが研究され、応用領域である量子コンピュータや量子暗号に生かすべく、実用化に向けたさまざまなアプローチが試みられた。しかし、実用化に直接結び付くほどの結果が出ず、筆者のような門外漢がやきもきするレベルをはるかに超えて、研究者たちは現実に使い物にならないことに悩んでいるようだ。

　そこで広田教授は考え方を変えた。「ミクロな粒子の持つ量子効果はすぐに壊れてなくなってしまいます。量子コンピュータはそんな粒子を何百個というような微視的なレベルで制御しなければ既存のスーパーコンピュータに勝てません。また、量子暗号通信でも1キロの距離に情報送信するのに四苦八苦して、まだまだ使えない。そこで、ミクロな量子現象ではなく、マクロな量子現象であるスクィーズド光で何かできないかと考えたのが、この研究の発端です」（広田教授）

　マクロな量子効果応用の研究に踏み出したのが2000年頃だが、その当時から米国の研究機関とDARPA（Defense Advanced Research Projects Agency、米国防高等研究計画局）が連携してマクロな量子効果を使う暗号技術と量子レーダーの研究を始めていた。

　DARPAが軍事機関であることから、量子レーダーで衛星から雲などの要素を除いた地表の状態を観察することが目標になり、レーダーによる検知対象は10キロ以上の距離が前提になった。この研究はなかなか成果が出せなかったのだが、それと類似の技術を100メートル程度の距離で応用する民生領域なら、役に立つものができるのではないかと広田教授は考えた。

　そして見つけたのが、自動運転実現に勢いづいている自動車の領域だ。自動車は既にほぼエレクトロニクス製品と化しているが、エレクトロニクスを突き詰めたその先のターゲットは量子力学になるはず。そう確信した広田教授が、40年になる量子研究のキャリアを注ぎこんで研究に取り組んだのが量子レーダーだ。この開発に多くのレーダー研究者との議論が重ねられた。異領域の研究がうまくマッチングすることはなかなかないというが、それが実現した「珍しい例」（広田教授）となった。

量子レーダーの今後

　現在のところ「理論的なシミュレーションによって実現のめどが立った段階」とのことだが、2015年11月には日立製作所との共同開発契約が結ばれ、技術実証のための実験装置の開発にまい進する。順調にプロジェクトが進めば、2016年中に原理実験装置を作り、2〜3年後にはホットモデルでデモが行えるようにしたいと広田教授は語る。

　これには数億円規模の予算が必要で、国の支援も視野に入れて実用化に向けた体制を作りたいという。量子力学が文字通り「目に見える」ものとして応用される日が早く来ることを期待したい。

関連するキーワード

スクィーズド光

　レーザー光が持つ不可避な性質である振幅と位相の「量子揺らぎ」を、非線形光学を用いてバランスを変形させた特殊な光のこと。揺らぎをギュッと絞り込む様子から「スクィーズド」と名前が付いた。

「量子レーダー」との関連は？

　量子レーダーでは、量子モード・エンタングルメントという量子効果を利用する。2つの光ビーム間のエンタングルメントを実現するためにスクィーズド光が利用される。

量子計測原理

　量子エンタングルメント現象を有効に活用して高精度のセンサーを開発するための指導原理。2011年頃に米DARPAのプロジェクトにおいて「量子センサー」「量子イリュミネーション／量子リーディング」「量子イメージング」といった計測技術の基盤を統合する理論として開発された。

「量子レーダー」との関連は？

　量子レーダーは、先行研究の量子計測技術にカメラ機能を付加したものだ。実現には量子エンタングルメントを応用するが、それには粒子エンタングルメントと量子モード・エンタングルメントがあり、玉川大学量子情報科学研究所は後者の研究において顕著な業績がある。その知見を活用し、DARPAプロジェクトの成果を拡張、応用し、早期に産業や社会に適用可能な技術として提供する方向で開発が行われる。

光パラメトリック発振機

　レーザー光の周波数変換を行う装置。鏡と非線形光学材料を利用した機構を用いる。

「量子レーダー」との関連は？

　量子レーダー実現の要になるのは量子モード・エンタングルメントした2つの光ビームを効率良く作り出すこと。この光源にはレーザー光が使われるが、それを光パラメトリック発振器を利用していったん倍の周波数に加工し、それを半分の周波数の2つの光（どちらもスクィーズド光）にする必要がある。

　この開発が難物だが、設計理論は世界的な規模で研究され、既に試験装置は世界の多数の物理学の研究機関で試作された。広田教授は「数億円の資金投入の決断があれば量子光源の課題は数年で解決可能」という。これに加え、画像再生技術開発に要する1億円未満の資金があれば、量子レーダーの実用化は時間の問題という。