沖縄科学技術大学院大学（OIST）の研究チームが、これまでの限界を超える革新的な磁気浮上ローターを開発した。
この新しい装置は、これまでのセンサーで避けることができなかった「渦電流」と呼ばれる現象による摩擦損失を、理論的に回避することに成功している。結果として、ほとんど摩擦が存在しない、極めて滑らかな回転を実現したのである。
この成果によって、これまで検出が難しかったような、非常に微細な力や重力のわずかな変化を高精度で測定できる「量子物理センサー」の実現が現実味を帯びてきた。しかも、この装置は特殊な真空環境や極低温装置を必要とせず、室温で安定して動作するという実用的な利点を持つ。これまでの量子実験装置が抱えていた「扱いづらさ」を大きく改善するものといえる。
研究を率いたのは、OISTのジェイソン・トゥアムリー教授と博士課程のキム・デヒ氏らのチームである。彼らは詳細な理論解析と精密な実験を重ね、磁場の形を完全な軸対称構造にすることで、回転中でも磁束が変化しない条件を作り出した。その結果、渦電流の発生そのものを根本から防ぐことに成功したのだ。
この成果は、2025年10月に科学誌『Communications Physics』に掲載され、磁気浮上技術と量子計測の分野における新たなマイルストーンとなった（出典：Communications Physics）。
ニュース詳細
浮上技術が切り拓く“摩擦ゼロ”の世界
古くから人々を惹きつけてきた「浮遊」という現象は、単なる幻想ではなく、物理学の世界でも極めて重要な研究テーマである。物体を支えから完全に切り離すことで、地面や空気の摩擦、振動といった外部からの影響を最小限に抑えられる。その結果、通常では測定できないほど微細な変化を精密に観測できるようになる。
OISTの研究チームは、この「浮遊の力」をこれまでにないレベルまで高めることに挑戦し、ほとんど摩擦が存在しない回転体の開発に成功した。装置の中心には、強力な希土類磁石によって形成された磁場と、軽量で導電性の高いグラファイト（黒鉛）製ディスクが組み合わされている。これにより、地球の重力のもとでも安定した浮上状態が維持され、まるで空中で静かに回転するような状態が実現されたのである。
さらに、この装置の構造には軸対称性と呼ばれる設計思想が取り入れられている。磁場の形を回転軸に対して完全に対称にすることで、回転中でも磁束の変化が起きず、通常なら避けられない渦電流の発生を根本から防いでいる。この「完全な対称性」が、摩擦をほぼゼロに抑える鍵となっているのだ。
この精密な設計によって、これまで避けがたかったエネルギー損失や測定誤差が大幅に減少した。その結果、装置は従来では不可能だった領域――古典物理と量子現象が交差する極めて繊細な世界――を観測できるほどの精度を獲得したのである。
渦電流ダンピングを完全回避する原理
渦電流とは、金属のような導体が磁場の中で動くとき、その内部に自然と流れ出す円を描くような電流のことである。見えない電流がぐるぐると回るイメージだ。問題は、この渦電流が新たな磁場を生み出し、その磁場が導体の動きを妨げる方向に働くという点にある。結果として、回転が重くなり、エネルギーが失われる。これがいわゆる「ダンピング（減衰）」であり、磁気浮上を利用する装置では避けて通れない大きな障壁だった。
OISTの研究チームは、この渦電流が生まれる根本原因を突き止め、そこに切り込んだ。彼らが注目したのは、磁場の「対称性」である。もし回転軸と磁場の中心軸とが完全に一致していれば、物体が回転しても磁場の形はまったく変化しない。磁束が変化しなければ、電流が誘発される理由そのものが消える。つまり、渦電流は最初から発生しないのだ。
この仕組みは、単に材料の性質を変えたり摩擦を減らす工夫をする従来の方法とは根本的に異なる。OISTチームの手法は、幾何学的な設計そのものによって物理現象を封じ込めたといえる。理論的にも実験的にも、このアプローチが摩擦の原因を物理的に取り除くことを証明し、磁気浮上技術における長年の課題に明確な解決策を与えたのである。
センサー応用と量子研究への波及
摩擦を限りなく小さくすればするほど、装置はこれまで検出できなかったほど微細な動きや力の変化を捉えられるようになる。たとえば、ほんのわずかな回転の違いさえも正確に測定できるため、次世代の高感度ジャイロスコープとしての応用が見込まれている。また、地球の重力のわずかな揺らぎを観測できる**重力計（グラビメーター）**への展開も期待されており、地質調査や宇宙探査など幅広い分野で活用の可能性がある。
さらに、ローターの回転運動を冷却してエネルギーを下げていくと、装置全体を量子の世界――いわゆる「量子領域」――へと導くことができる。この状態では、肉眼で見えるほどの大きさの物体が、粒子のように複数の状態を同時にとる「量子重ね合わせ」を実現できる可能性がある。もしこれが観測されれば、マクロな物体でも量子の振る舞いを示すことになり、量子重力の正体や、波動関数がどのように現実へと現れるのかという根本的な問いに迫る手がかりになるだろう。
研究チームは現在、理想的な環境を整えるために、装置を真空中で運転する実験や、部品の加工精度を極限まで高める技術開発を進めている。これにより、理論上の完全な量子物理センサーに限りなく近い装置の実現を目指しているのである。
専門家解説
ポイント整理
本研究は、これまで避けられないと考えられてきた摩擦をほぼ完全に取り除き、「摩擦ゼロ」に近い状態で回転する装置を実現したという点で、極めて画期的である。従来の磁気浮上技術では、回転体の中に生じる渦電流が常にエネルギー損失を引き起こしていた。しかし今回の成果では、その発生源そのものを構造の対称性によって消し去るという、根本的な解決策が示された。磁場の形と回転軸を精密に一致させることで、渦電流が生じる理由を理論的に封じ込めたのである。
さらに重要なのは、この技術が室温で安定して動作するという点である。従来の量子実験や高感度センサーの多くは、極低温環境や特殊な装置を必要としていたが、この磁気浮上ローターは一般的な研究室環境でも再現可能であり、将来的に大型化や量産にも適したスケーラブルな技術である。
この発見は、単なる基礎研究にとどまらず、今後の高精度センサー開発や量子現象の観測技術において、中心的な役割を担うと期待されている。摩擦という長年の物理的制約を打ち破ったことで、量子の世界と日常的なスケールの物理をつなぐ新しい実験基盤が誕生したといえる。
さらに解説
これまでの浮上センサーでは、主にレーザー光や電場を用いて微小な粒子を制御する方法が主流であった。光の圧力や電場の力を使って粒子を空中に保つこれらの技術は、確かに非常に高い精度を持つ。しかしその一方で、わずかな振動や温度変化、空気の流れといった外部の影響を受けやすく、安定して動作させるためには厳密に管理された実験環境が必要だった。
それに対して、OISTの研究チームが開発した磁気浮上ローターは、センチメートル単位のマクロスケールで動作し、しかも特別な環境を用いずに室温で安定して稼働するという強みを持つ。このサイズの装置が安定して動くという事実は、従来のミクロな実験装置から、実際に応用可能なセンサー技術へと橋をかける重要な一歩である。つまり、研究室の外でも利用できる現実的な「量子物理センサー」への道を開いたといえる。
さらに、この技術の意義は単なる工学的発展にとどまらない。もし量子現象を「人の目で見えるほど大きな物体」で直接観測できるようになれば、量子力学と古典物理学の境界がどこにあるのかという根本的な問いに新たな視点をもたらすだろう。こうした研究の進展は、量子情報科学の深化だけでなく、重力波の検出技術や宇宙探査、さらには基礎物理の最前線にも大きな影響を与える可能性を秘めている。
キーワード解説
- 磁気浮上（Magnetic Levitation）
磁場の反発や引力を利用して物体を浮かせる技術。摩擦のない状態を実現できるため、超伝導輸送や精密計測に応用される。 - 渦電流ダンピング（Eddy-Current Damping）
導体が磁場中を動く際に発生する電流が、運動に抵抗する力として働く現象。センサー精度を下げる主な要因の一つ。 - グラファイトローター（Graphite Rotor）
黒鉛で作られた円盤状の回転体。軽量かつ導電性を持ち、磁気浮上に適している。OISTの研究では中核的な要素。 - 軸対称磁場（Axial Symmetry Magnetic Field）
磁場の形状が回転軸を中心に対称である状態。渦電流を抑える鍵となる構造であり、今回の研究の核心。 - 量子重ね合わせ（Quantum Superposition）
量子が複数の状態を同時にとる性質。巨視的な物体で実現できれば、量子力学の根本理解に革命をもたらす。 - ジャイロスコープ（Gyroscope）
角速度を高精度で測定する装置。摩擦が小さいほど感度が上がり、ナビゲーションや天文学で活用される。
まとめ
OISTが開発した磁気浮上ローターは、まるで夢物語のように思われてきた「摩擦のない世界」へと現実的に近づく大きな一歩である。これまで物理学や工学の分野では、摩擦は避けられない損失として受け入れられてきた。しかし今回の研究は、その常識を覆し、ほとんどエネルギーを失わずに回転し続ける装置を実現した点で特筆すべき成果といえる。
このような摩擦の極端に少ない装置は、微弱な力の変化をこれまでにない精度で測定できるため、量子物理センサーの性能を飛躍的に高める可能性を秘めている。その応用範囲は広く、重力波の観測や宇宙空間での探査、さらには地球の重力分布の精密測定など、未来の科学技術の中核を担う分野にもつながる。まさに、「量子の世界」を実際の科学装置として扱う時代の幕開けである。
この成果は、日本発の量子技術研究の底力を示すものであり、今後さらに進化していく可能性が高い。OISTをはじめとする国内研究機関から、量子現象を応用した新しい計測技術や観測装置が次々と誕生していくことが期待される。日本が世界の量子研究を牽引する日も、そう遠くないだろう。
