日本東京工業大學等開發出利用「量子感測器」使純電動汽車（EV）的續航里程增加約10%的基礎技術。新技術可以準確測量儲存的電量，最大限度地發揮車載電池的性能。目標是最早於2030年實現實用化。

  　　

　　一次充電的續航里程越長，純電動汽車使用起來就越方便。雖然搭載更多電池可以延長續航里程，但車內空間將變得狹小，同時成本也會變高。因此，各方正在推進提高電池性能的技術開發。

   　　

　　除了這些技術開發之外，還有其他方法可提高續航里程。車載電池如果充電超過規定容量，會有發生損壞的風險。但是，由於難以準確測量充電量，因此會設置剩餘量，使充電量比實際可存儲容量少10%左右。

 　

　　　　

　　如果擁有能以高精度測量充電量的感測器，就能充分發揮車載電池的性能。東京工業大學和大型汽車零部件企業矢崎總業（Yazaki Corporation）瞄準的是使用鑽石的「鑽石量子感測器」。量子是原子級以下的極小的能量和物質單位。量子感測器利用量子的特殊性質，能夠以較高的靈敏度測量電流和磁力等。

    　　

　　鑽石量子感測器在鑽石的部分結晶中設置了特殊結構。這種鑽石具有在綠色雷射照射下發出紅色螢光的性質，螢光的強度會隨著內部電子的量子狀態發生變化。

    　

　　電子的量子狀態會因周圍的電流、磁力、溫度的影響而發生變化，因此只要檢測螢光的強度，就可以計算出磁力等。

   

　　　　

　　目前已經實用化的量子感測器包括「超導量子干涉儀（SQUID）」。SQUID使用超導材料，能夠以較高精度檢測磁力。但是，由於維持量子狀態需要製冷機，因此很難實現小型化。

     　　

　　鑽石量子感測器則受到堅固的鑽石結構的保護，即使在室溫條件下量子狀態也不易被破壞。有望實現設備小型化和低成本化。

 　　

　　東京工業大學等開發出的鑽石量子感測器，可以安裝在被稱為「母線（Busbar）」的金屬零部件上。母線是從蓄電池輸送電力的通道。傳統感測器以1安培為單位測量電流的大小，新開發的感測器則以10毫安培為單位，精度提高至之前的100倍。

   

　　　　

　　因此，可以讓充電量接近電池的實際可存儲容量，無需預留10%的剩餘量。除了能以同樣的電池延長續航距離之外，如果減少電池搭載量，還可以降低成本。

    　

　　矢崎總業力爭最快2030年使鑽石量子感測器實現實用化，面向汽車廠商和零部件廠商供貨。雖然目前周邊設備較大，但通過使用小型半導體雷射等，將把尺寸縮小至10釐米見方。該公司表示，成本也「與以往的電流感測器處於相同水準」。

    　　

　　東京工業大學教授波多野睦子表示：「最大的成本因素是鑽石」。用於量子感測器的鑽石是人工合成的。這與從礦山中開採出來、用於珠寶首飾等的天然鑽石不同。為了大幅降低製造成本，將使用便宜的基板，採用從常見的甲烷氣體製造鑽石等適合量産的製造方法。

      　

　　除了測量蓄電量之外，量子感測器還被期待用於其他各種用途。德國大型汽車零部件企業博世通過2022年成立的內部初創公司進行研究。通過測量地磁，可以推算出汽車、飛機等目前所處的位置。博世正在與法國空中巴士進行相關合作。此外，美國飛機製造商洛克希德・馬丁也在開發類似技術。

     

縮小到手掌大小的量子感測器（圖由博世提供）

　　

　　量子感測器還可以測量生物體內發出的磁力和溫度的微小變化，因此也可能在醫療和生命科學領域帶來創新。

     　　

　　檢測大腦和心臟活動産生的磁力有助於診斷疾病。東京工業大學成功以毫米級的解析度測量出小鼠心臟的磁力。這有助於檢測心律不齊。

   　　

　　博世正在研究測量大腦産生的磁力，該公司的董事Tanja Rueckert認為，「阿茲海默症等疾病的診斷或將變得更快、更準」。

   　　

　　日立製作所和東京工業大學還將推進研究以高精度測量受精卵的溫度。受精卵可用於治療不孕症的人工授精。據説，受精卵是否容易發育與溫度具有關聯。這項技術可能有助於篩選合適的受精卵，提高不孕治療的成功率。

  　　

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