地下インフラは、都市の安全と建設プロジェクトの成否を左右する重要な要素です。道路の下には、上下水道、ガス管、電力管、通信管、共同溝、地下通路、基礎、古い埋設物、未記録の構造物が存在します。さらに、地盤の中には空洞、地下水、緩み、沈下、地盤変状が隠れている場合もあります。
問題は、これらが地上から見えないことです。
地下埋設物や空洞を確認するには、試掘、ボーリング、地中レーダー、電磁探査、音響探査、既存図面の照合などが使われてきました。しかし、試掘にはコストと時間がかかり、交通規制や安全管理も必要です。地中レーダーも有効ですが、土質、水分量、深度、対象物の材質によって見え方が変わります。地下インフラの状態を「掘らずに、広く、早く、精度よく」把握することは、今も大きな課題です。
そこで注目されているのが、量子センシングです。
量子センシングは、原子、光、スピン、量子干渉などの量子現象を利用して、重力、磁場、回転、加速度、時間などを高精度に測る技術です。地下インフラの文脈では、地下の密度差や空洞によって生じる微小な重力変化、埋設物や金属構造物による磁場変化、GNSSが届かない地下空間での高精度な慣性計測などへの応用が期待されています。
日本でも、内閣府が量子技術イノベーションに関する戦略やロードマップを整理しており、量子技術を産業・社会・安全保障に関わる重要な基盤技術として位置づけています。2026年11月には、QSTが量子センシングを主要テーマにした国際シンポジウム「Q-FUTURE 2026」を東京で開催予定です。
地下インフラ調査は、「掘って確認する」段階から、「非破壊で測り、地下の状態を推定する」段階へ進みつつあります。
量子センシングとは何か
量子センシングとは、量子力学の性質を利用して、従来よりも高い感度や安定性で物理量を測定する技術です。建設・インフラ分野で関係しやすいのは、重力、磁場、加速度、回転、時間の計測です。
| 計測対象 | 量子センシングの例 | 地下インフラでの活用可能性 |
|---|---|---|
| 重力 | 量子重力計、量子重力勾配計 | 地下空洞、トンネル、密度変化、地盤内部構造の推定 |
| 磁場 | 量子磁力計、ダイヤモンドNVセンター磁気センサー | 金属埋設物、鉄筋、管路、電力設備、磁性体の検知 |
| 加速度・回転 | 量子慣性センサー、量子ジャイロ | 地下・トンネル・屋内での高精度自己位置推定 |
| 時間・周波数 | 原子時計、光格子時計 | インフラ同期、通信、測位、精密時刻基盤 |
| 電磁場 | 高感度量子センサー | ケーブル、設備、微弱信号の検出 |
地下インフラ調査で特に注目されるのは、重力計測です。地下に空洞やトンネルがある場合、その部分は周囲の地盤より密度が低くなります。密度が違えば、地上で測る重力や重力勾配にも微小な差が生じます。量子重力センサーは、この微小な差を高感度に測ることで、地下構造を推定する可能性があります。
英国バーミンガム大学は、量子センシングを使って地下インフラ、坑道、配管、ケーブルなどを事前に把握する研究を紹介しており、建設工事前に地下の危険やインフラを評価する可能性を示しています。
なぜ地下インフラに量子センシングが必要なのか
地下インフラのリスクは、見えないところで進行します。古い管路の破損、空洞化、地下水の流入、地盤の緩み、埋設物の位置誤差、未記録の構造物は、道路陥没、掘削事故、施工遅延、維持管理コスト増加につながります。
従来の調査手法には、それぞれ強みと限界があります。
| 調査手法 | 強み | 限界 |
|---|---|---|
| 試掘 | 直接確認できる | コスト、交通規制、時間、安全管理が必要 |
| ボーリング | 深部地盤を確認できる | 点の情報になりやすく、広域把握には不向き |
| 地中レーダー | 比較的広く非破壊で調査できる | 土質・水分・深度・対象材質の影響を受ける |
| 電磁探査 | 金属管やケーブルの検出に有効 | 非金属管や複雑な地盤では限界がある |
| 音響・振動探査 | 空洞や劣化の兆候を捉えられる場合がある | ノイズや現場条件に左右される |
| SLAM・点群 | 地上・地下空間の見える範囲を高精度に3D化 | 地中内部は直接見えない |
| 量子センシング | 微小な重力・磁場変化を高精度に測れる可能性 | 実用化・小型化・現場運用には課題が残る |
量子センシングは、これらを置き換えるというより、従来手法では見えにくい地下の密度差や微小変化を補完する技術として期待されます。
Natureに掲載された研究では、量子重力勾配センサーにより、都市環境で地下トンネルを検出した実証が報告されています。この研究は、長時間計測を必要としにくい設計の量子重力勾配センサーを用い、地下構造物の検出可能性を示したものです。
地下インフラで想定される活用領域
量子センシングは、すぐにすべての地下調査を置き換える技術ではありません。しかし、地下の「見えないリスク」を推定する補助技術として、建設・維持管理・防災分野で活用可能性があります。
| 活用領域 | 想定されるリスク | 量子センシングで見たい情報 |
|---|---|---|
| 上下水道 | 老朽管、空洞化、漏水、土砂流出 | 管路周辺の密度変化、空洞候補 |
| 共同溝 | 未確認構造物、劣化、漏水、設備干渉 | 地下構造の位置、周辺空間の変化 |
| 地下空洞 | 道路陥没、地盤緩み、空洞拡大 | 空洞位置、規模、密度異常 |
| 埋設管 | 図面との位置ズレ、未記録管、非金属管 | 磁場・重力変化による存在推定 |
| トンネル | 周辺地盤の緩み、覆工裏空洞、変状 | 密度差、変形兆候、地下水影響 |
| 基礎周辺 | 洗掘、地盤沈下、地下水変化 | 地盤密度や水分状態の変化候補 |
| 災害対応 | 地震・豪雨後の地下空洞化、地盤変状 | 広域の異常候補スクリーニング |
| 都市再開発 | 既存埋設物、古い地下構造物 | 工事前の地下リスク把握 |
特に都市部では、古い図面に残っていない埋設物や、過去工事の影響で複雑化した地下構造が問題になります。掘削前に地下リスクを推定できれば、施工計画、安全計画、試掘位置の選定に役立ちます。
量子重力センサーで何が分かるのか
量子重力センサーは、地下の密度差に注目します。地下に空洞がある場合、そこには本来あるはずの土や岩がありません。そのため、周囲に比べて重力場にわずかな差が生じます。
この差は非常に小さいため、従来の計測ではノイズや振動、計測時間の問題がありました。量子技術は、この微小な差をより高感度に捉える可能性があります。
| 地下状態 | 重力・重力勾配への影響 | 活用イメージ |
|---|---|---|
| 空洞 | 周囲より密度が低くなる | 道路下空洞、トンネル、地下空間の候補検出 |
| 高密度構造物 | 周囲より密度が高くなる | 基礎、地下構造物、大型埋設物の推定 |
| 地下水変化 | 密度分布が変化する | 地下水位変化、浸透、漏水影響の把握 |
| 地盤緩み | 密度低下の兆候が出る可能性 | 陥没リスク、空洞化の予兆評価 |
| 掘削・埋戻し差 | 周辺地盤と密度が異なる | 過去工事跡や埋設物周辺の推定 |
都市地下空間の検出に関する近年の研究では、量子重力勾配計が都市地下構造物の非破壊検出に有効な新しいアプローチになり得ると整理されています。
ただし、重力計測は「地下を写真のように見る」技術ではありません。測定された重力・重力勾配の異常から、地下に何があるかを推定する技術です。そのため、地質情報、既存図面、地中レーダー、ボーリング、点群、GISと組み合わせて解釈する必要があります。
量子磁気センサーの可能性
地下埋設物には、金属管、鉄筋、鋼矢板、ケーブル、電力設備、マンホール、古い構造物など、磁場に影響を与えるものがあります。量子磁気センサーは、こうした磁場の微小変化を高精度に測る技術として期待されています。
| 対象 | 磁気計測で期待される活用 |
|---|---|
| 金属管 | 管路位置の推定、図面との照合 |
| 電力ケーブル | 電磁場変化の検出、配線位置の推定 |
| 鉄筋・鋼材 | 基礎や地下構造物の存在推定 |
| 鋼矢板・土留め | 過去工事跡や仮設材残置の確認 |
| 設備周辺 | 電磁ノイズや異常信号の把握 |
量子磁気センサーは、地下インフラ調査だけでなく、構造物診断、設備保全、非破壊検査にも応用可能性があります。ただし、都市部では電車、送電線、車両、鉄骨建物、電磁ノイズが多いため、現場で使うにはノイズ対策とデータ解析が重要になります。
地中レーダー・SLAM・点群との役割分担
量子センシングは、地中レーダーやSLAM、点群計測を置き換えるものではありません。地下インフラ調査では、それぞれの技術を役割分担して使うことが重要です。
| 技術 | 得意なこと | 苦手なこと | 役割 |
|---|---|---|---|
| 地中レーダー | 地表近くの埋設物や空洞候補の検出 | 水分・粘土質・深度の影響を受ける | 浅部の非破壊調査 |
| 電磁探査 | 金属管・ケーブルの検出 | 非金属管や複雑環境では難しい | 埋設物位置の把握 |
| ボーリング | 地層・土質を直接確認 | 点の情報で広域には不向き | 詳細確認・検証 |
| SLAM | 地下通路・共同溝・トンネル内を3D化 | 地中内部は見えない | 見える地下空間の点群化 |
| 点群計測 | 形状・変形・出来形を高精度に記録 | 地中の密度差は測れない | 空間形状と変状管理 |
| 量子重力センサー | 密度差や空洞候補の推定 | 対象物の形状や材質の特定は難しい | 広域・深部の異常候補検出 |
| 量子磁気センサー | 磁場異常や金属埋設物の検出 | 都市ノイズの影響を受ける | 金属・電磁系インフラの補助検出 |
実務では、以下のような流れが考えられます。
- 既存図面とGISで埋設物情報を整理する
- 地中レーダーや電磁探査で浅部の埋設物を確認する
- 量子重力・磁気センシングで空洞や密度異常の候補を広く探す
- 必要箇所をボーリングや試掘で確認する
- 共同溝やトンネル内部はSLAM・点群で3D化する
- 調査結果をBIM/CIMや地下インフラ台帳に反映する
量子センシングは、地下を単独で完全に可視化する技術ではなく、「どこを詳しく調べるべきか」を決めるスクリーニング技術として使うと現実的です。
建設・維持管理・災害対応でのユースケース
掘削工事前の埋設物リスク確認
都市部の掘削工事では、既存図面にない埋設物や、図面と実位置がずれている管路が問題になります。ガス管、水道管、電力ケーブル、通信管、古い基礎が見落とされると、工事停止や事故につながります。
量子センシングは、地中レーダーや電磁探査と組み合わせることで、掘削前のリスク確認に使える可能性があります。
道路陥没リスクの予兆把握
道路下の空洞化は、下水道の破損、地下水の流れ、埋戻し不良、地盤の緩みなどによって発生します。空洞が大きくなると、道路陥没につながる可能性があります。
量子重力センサーで密度異常を検出し、地中レーダーや試掘で確認すれば、陥没リスクの早期把握に役立つ可能性があります。
共同溝・地下通路の周辺調査
共同溝や地下通路は、内部をSLAMや点群で計測できます。しかし、構造物の外側や周辺地盤の状態は、内部から見えるとは限りません。
量子センシングや地中レーダーを組み合わせれば、地下空間周辺の空洞や地盤変状の候補を把握しやすくなります。
トンネル・基礎周辺の非破壊モニタリング
トンネルや基礎周辺では、地盤の緩み、地下水変化、裏込め部の空洞、洗掘が問題になります。量子センシングは、地下の密度分布や重力変化を長期的にモニタリングする技術として研究されています。
将来的には、地盤変状の兆候を早期に把握し、点検や補修の優先順位を決める用途が考えられます。
災害後の地下リスク調査
地震や豪雨の後は、地下水の流れが変わり、地盤が緩み、空洞や陥没リスクが高まることがあります。道路、堤防、河川周辺、斜面下部、市街地では、地上から見えない地下変状が復旧作業のリスクになります。
量子センシングを、地表変位計測、SAR衛星、ドローン、地中レーダー、点群と組み合わせれば、災害後の地下リスク評価を多層化できます。
日本の量子技術政策と社会実装の流れ
日本では、量子技術が次世代産業基盤として位置づけられています。内閣府のQuantum Technology Innovationページでは、量子技術イノベーション戦略、ロードマップ、量子未来社会ビジョン、量子未来産業創出戦略などが整理されています。
また、QSTは2026年11月17日から19日に、東京・お茶の水ソラシティで「Quantum Sensing and Frontier Sciences for Future Society（Q-FUTURE 2026）」を開催予定です。同シンポジウムは、量子センシング、量子材料、量子生命科学などをテーマに、国内外の研究者、産業界、政策関係者が集まる場として案内されています。
量子センシングは、量子コンピュータほど一般には知られていませんが、建設・インフラ分野では「測る技術」として実装しやすい領域です。地下インフラ、地盤、構造物、設備、測位、モニタリングなど、現場の課題と接点が多いためです。
KPIで見る量子センシング導入効果
量子センシングの導入効果は、「最新技術を使ったかどうか」ではなく、地下リスクの把握、調査効率、安全性、維持管理判断がどれだけ改善したかで評価する必要があります。
| KPI項目 | 内容 | 改善に使えるポイント |
|---|---|---|
| 試掘削減率 | 従来より試掘箇所をどれだけ減らせたか | 調査コスト、交通規制、工期短縮 |
| 異常候補検出率 | 空洞・埋設物・密度異常の候補を検出できた割合 | スクリーニング精度の確認 |
| 確認調査的中率 | 量子センシングで抽出した候補が実調査で確認された割合 | 調査手法の有効性評価 |
| 調査時間短縮率 | 広域調査にかかる時間を削減できた割合 | 工事前調査や災害後調査の効率化 |
| 掘削事故リスク低減 | 未確認埋設物による事故・損傷リスクの低減 | 安全管理、施工計画改善 |
| 道路陥没リスク候補数 | 空洞・地盤緩み候補の検出件数 | 維持管理の優先順位付け |
| 台帳反映率 | 調査結果をGIS・BIM/CIM・地下台帳へ反映した割合 | 継続的なデータ管理 |
| 再調査削減率 | 情報不足による再調査を減らせた割合 | 調査品質の向上 |
| 維持管理優先順位付け時間 | 調査結果から補修・詳細調査対象を決めるまでの時間 | 意思決定の高速化 |
量子センシングは、単独で答えを出す技術ではありません。異常候補を抽出し、他の調査手法で確認し、地下インフラ台帳へ反映する流れを作ることで、実務的な価値が出ます。
建設会社・自治体・インフラ事業者での活用イメージ
量子センシングは、研究機関だけでなく、建設会社、自治体、道路管理者、上下水道事業者、鉄道事業者、インフラ維持管理会社にとっても重要な技術になる可能性があります。
| 関係者 | 活用イメージ |
|---|---|
| 建設会社 | 掘削前の地下リスク確認、埋設物事故防止、施工計画の精度向上 |
| 自治体 | 道路下空洞、老朽管路、共同溝、地下空間のリスク把握 |
| 上下水道事業者 | 管路周辺の空洞化、漏水影響、地盤変状の候補把握 |
| 道路管理者 | 陥没リスク箇所のスクリーニング、補修優先順位付け |
| 鉄道事業者 | トンネル、基礎、盛土、地下構造物周辺の変状監視 |
| 設計・コンサルタント | 地下情報を設計・リスク評価・施工計画へ反映 |
| 維持管理会社 | 定期調査と非破壊モニタリングを組み合わせた予防保全 |
都市部の地下は複雑です。今後は、図面、地中レーダー、点群、BIM/CIM、GIS、量子センシングを組み合わせ、地下インフラのリスクを多層的に把握することが重要になります。
導入時に注意すべきポイント
量子センシングだけで地下を完全に見える化できるわけではない
量子センシングは高感度な計測技術ですが、地下をそのまま画像化する技術ではありません。重力や磁場の異常から、地下の状態を推定する技術です。そのため、地質、地形、既存構造物、ノイズ、測定条件を踏まえて解釈する必要があります。
従来調査との組み合わせが前提になる
実務では、地中レーダー、電磁探査、ボーリング、試掘、SLAM、点群、既存図面と組み合わせることが重要です。量子センシングは、異常候補を絞り込むスクリーニング技術として使うと導入しやすくなります。
都市ノイズへの対応が必要になる
都市部では、車両、鉄道、建物、地下構造物、電力設備、振動、電磁ノイズが多くあります。量子センシングを現場で使うには、ノイズ除去、測定手順、補正、データ解析が重要になります。
データ解釈には専門性が必要
量子センサーの計測値は、誰が見てもすぐに地下構造が分かるものではありません。地盤工学、物理探査、測量、インフラ管理の専門家が連携し、異常候補の意味を解釈する体制が必要です。
台帳・GIS・BIM/CIMへつなげる
調査結果がレポートで終わると、次回調査や維持管理に活用しにくくなります。異常候補、調査履歴、確認結果、補修結果を、GIS、BIM/CIM、地下インフラ台帳へ反映することが重要です。
現場で使える量子センシング導入チェックリスト
- 対象は埋設管、地下空洞、共同溝、トンネル、基礎、地下水、地盤変状のどれか
- 量子センシングで見たいのは重力変化、磁場変化、慣性情報のどれか
- 既存図面、GIS、埋設物台帳を整理しているか
- 地中レーダーや電磁探査との役割分担を決めているか
- 異常候補が出た場合の確認方法を決めているか
- ボーリング、試掘、内視鏡調査などの確認調査と接続できるか
- 都市ノイズ、車両振動、電磁ノイズへの対策を考えているか
- 調査結果をGISやBIM/CIMに反映できるか
- KPIとして試掘削減率、異常候補検出率、確認調査的中率を管理するか
- 災害時調査、維持管理、工事前調査のどの用途から始めるか
このチェックリストの目的は、量子センシングを単独で導入することではありません。地下インフラの見えないリスクを、従来調査と組み合わせて効率よく把握し、施工計画や維持管理に活かすことです。
まとめ
地下インフラのリスクは、地上から見えません。上下水道、共同溝、地下空洞、埋設管、トンネル、基礎、地下水、地盤変状は、建設・維持管理・災害対応において大きな不確実性になります。
量子センシングは、重力、磁場、回転、時間などを高精度に測ることで、地下の密度差や埋設物、空洞、地盤変状の候補を非破壊で推定する可能性を持つ技術です。特に量子重力勾配センサーは、都市環境で地下トンネルを検出した研究もあり、地下インフラ調査への応用が期待されています。
ただし、量子センシングは魔法の透視技術ではありません。地中レーダー、電磁探査、ボーリング、試掘、SLAM、点群、BIM/CIM、GISと組み合わせて使うことで、実務的な価値が出ます。
これからの地下インフラ調査は、「掘って確認する」だけでなく、「非破壊で測り、異常候補を推定し、必要な場所を詳細確認する」流れへ進んでいくでしょう。量子センシングは、その次世代計測を支える有望な技術の一つです。
