大国の最強の武器、杭州で研究せよ！小さな「ゼロ磁気」空間は人類の限界をどのように広げていくのでしょうか？

濱江の発表によると、10月30日、杭州極弱磁場施設の第一期横断研究プラットフォームインフラプロジェクトの建設が始まった。省党委員会副書記兼市党委員会書記の劉傑氏が着工を発表し、中国科学院院士の芳建成氏も式典に出席した。

極微弱磁場施設は国家の重要な科学技術基盤です。同様の施設としては、中国のFAST望遠鏡、硬X線自由電子レーザー装置、高エネルギーシンクロトロン放射源などがある。

杭州初の学際研究プラットフォームとして、主要な科学技術成果の実験検証と、主要な技術や設備の制約を打破するという重要な使命を主に担っています。

「極微弱磁場」とは何ですか？

二人の互いへの想いが一定の強さに達すると、磁場が発生すると言う人もいます。少し不思議に聞こえるかもしれませんが、それは本当です。

現代の科学技術により、すべての物質には磁性があり、あらゆる空間に磁場が存在することが明らかになりました。長年にわたる科学的研究により、ほとんどの物質は弱い磁性を持っていることがわかっています。

たとえば、人間の脳が生成する磁場はどれくらい強いのでしょうか?それは非常に弱く、約100fT（磁気誘導強度の単位）で、地球の磁場の約10億分の1です。

したがって、「極めて弱い磁場」を定義する場合、それは具体的には、測定が困難であるか、弱すぎるために知覚できない磁場を指します。

こんなに弱い磁場を測定する意味は何でしょうか?

人間が物体に関する情報を得たい場合、それを測定する必要があります。測定が正確であればあるほど、得られる情報はより正確で価値あるものになります。

電気機械的方法と光学的方法の2世代にわたる発展を経て、精密測定は量子時代に入り、徐々に超高感度磁場測定を実現しています。

極微弱磁場計測技術の開発経緯

超高感度磁場測定は桁ごとに分かれています。極微弱磁気測定の分野では、磁力計の初期の感度は nT、10-9 (つまり 0.000000001) テスラのオーダーでした。光ポンピング磁力計はpTレベル、つまり10-12テスラに到達できます。超伝導量子干渉磁力計は fT レベル、つまり 10-15 テスラに到達できます。

これまでは、測定機器の精度が要件を満たしていなかったため、多くのアイデアを現実に実現することができませんでした。超高感度磁場測定により、人類は新たな実験データを取得し、新たな自然現象を明らかにし、新たな科学法則を発見することができ、世界を理解するための新たなツールを手に入れることができます。

要約すると、超高感度・極微弱磁場の主要な科学技術インフラには、主に次の 3 つの機能があります。

1. 新たな科学的発見を生み出す：神経信号計測と脳科学研究、「精密計測」を実現し、最先端の物理学EDM（電気双極子モーメント）などの主要な命題を検証します。

2. 主要な心血管疾患および脳血管疾患の発症機序を克服する：超高解像度の極微弱磁気イメージング技術により「高精細イメージング」を実現します。

3. 「Made in China」の高級医療機器の実現：超微弱磁気イメージングが機能的核磁気共鳴に取って代わり、高級医療機器の世代を超えた発展を促進する。

理解しやすいようにいくつか例を挙げてみましょう。

超高感度量子極弱磁場の今後の構築内容

例えば、超高感度磁場測定によるEDM（電気双極子モーメント）の高精度測定は、宇宙における物質と反物質の違いの問題を解決し、ビッグバン理論の正しさを検証し、宇宙の起源の研究を支えることができます。

例えば、深宇宙や地球深部探査の分野では、物質は異なる時間や強度の環境磁場によって磁化されるため、異なる磁性を示すことになります。そのため、超高感度磁場測定は、物質の極めて弱い磁性を測定・解析するために使用することができます。

2020年7月23日、我が国は火星探査機「天問1号」を打ち上げました。火星のサンプルから持ち帰られた物質の極微弱磁気検査と分析を通じて、我が国は火星と宇宙の進化についてさらに理解を深めることができました。

地球深部探査では、岩石サンプルの磁気測定によって、古代の環境や古代の気候変動を調査し、地球の気候進化の法則を発見することができます。

広大な宇宙から人類自身へ。 「てんかん」という病気があることは知られていますが、これは脳の神経細胞が突然異常放電を起こし、一時的な脳機能障害を引き起こす慢性疾患です。

現在、構造画像に基づく医療機器では、てんかんや自閉症などの発達性脳疾患、アルツハイマー病やパーキンソン病などの変性脳疾患、うつ病や統合失調症などのその他の精神疾患を効果的に診断することができません。

超高感度・極微弱磁場測定により、神経科学・脳科学研究に新たな道が拓かれる

極微弱脳心磁図法と磁気超音波法によって、高い時間的・空間的解像度の画像化システムを確立し、生体の磁気源の画像化と分析を実現し、上記脳疾患に対する受動的、非破壊的、ウェアラブル、高感度の新しい治療法を提供します。

心臓病の診断では、狭心症や心筋梗塞は心電図では検出できず、患者の心電図は健常者と同じです。しかし、心磁図ではそれが分かります。極微弱磁場測定技術を応用することで、体自体が発する微弱な磁気信号を捉え、3次元の磁気マップを描くことができ、医師がより迅速に病気を診断するのに役立ちます。

脳心磁図検出機能イメージング高性能医療機器

伝統的な中国医学の鍼治療は非常に魔法の力を持っています。そのメカニズムは、人体の経絡ポイントに鍼治療を施すと、脳の磁気信号に変化が生じるというものです。今後は、より多くの経穴、鍼治療の詳細、その他の要素を研究し、さまざまな経穴での鍼治療後の脳の磁気信号フィードバックを測定することで、鍼治療計画をさらに最適化することができます。

10年以内に、世界最高の性能と最大の空間を持つ「ゼロ磁気」空間が建設される予定

濱江が発表したニュースに戻ると、このプロジェクトのユーザー部門は杭州極弱磁場重点科学技術インフラ研究所であると言及されました。

この研究所は2020年12月に設立され、杭州国家ハイテク産業開発区（浜江区）に位置しています。中国科学院の院士である方建成教授が会長兼主任科学者を務めている。

院士のファン・ジェンチェン氏は現在、北京航空航天大学学術委員会主任、国家極弱磁場重点科学技術インフラ主任科学者、国防重点新慣性計器と航法システム技術実験室所長、北京航空航天大学科学機器研究所所長、ゼロ磁気科学センター所長を務めている。

研究所の公式サイトによると、同研究所は主に国の主要な戦略ニーズに焦点を当て、超高感度および極微弱磁場と慣性測定装置の開発、神経科学と脳科学、基礎物理学などの最先端の研究に有効な手段の提供、宇宙探査と計量試験などを行っている。

同時に、生命、健康、経済の主戦場を前に、チップレベルの量子センサー技術や高解像度の極微弱磁場人体機能イメージング技術の研究を行い、高精度量子センサーの産業化を推進し、ハイエンド医療機器の独創的なイノベーションを実現します。

杭州極弱磁場施設は国際ゼロ磁気科学バレーに位置していると理解されている。

今後は、チップベースの量子センシング・システム技術、新世代医療用画像機器、新世代磁気技術機器、量子精密測定・計測機器など4つの技術イノベーションセンターが建設され、「ゼロ磁気サイエンスバレー」と量子センシングサイエンスシティが建設される予定です。

濱江区は、この大規模施設の設立を機に、総計画面積約37平方キロメートルの国際ゼロ磁気科学谷・杭州江南科学城の建設を計画した。西側の西城科学技術イノベーション回廊と東側の東城スマート製造回廊を結び、南北を結ぶイノベーションと発展のパターンを形成します。これは、総合的な国家科学センターを創設するという杭州の取り組みに重要な支援を提供するものとなる。

方建成院士の構想によれば、10年以内に杭州極弱磁場施設は世界唯一の最高の性能と最大の空間を持つ「ゼロ磁場」空間に建設される予定だ。 「これは長年の私の願いでした。」

参考文献および画像出典:

1. 北京航空航天大学の公式ウェブサイト「量子精密測定とセンシング」。

2.杭州国立極弱磁場研究所の公式サイト。

Metropolis Express・Chengshi Interactive 記者のイン・ジュンリン氏とリン・ジャンナン氏