Een team van wetenschappers heeft met succes een enkel kwantumapparaat ontwikkeld dat de drie fundamentele eenheden van elektriciteit – de ampère, de volt en de ohm – nauwkeurig kan meten. Deze doorbraak belooft een vereenvoudiging van elektrische metingen, met een aanzienlijke verbetering van de precisie en een vermindering van menselijke fouten.
Het apparaat integreert een kwantum anomale Hall-weerstand (QAHR) en een Josephson-spanningsstandaard (PJVS) binnen één cryostaat, wat zorgt voor de benodigde lage-temperatuuromgeving. De integratie van deze twee systemen, die doorgaans verschillende bedrijfsomstandigheden vereisen, is mogelijk gemaakt door een nieuw materiaal dat zijn kwantumfuncties vertoont zonder de noodzaak van een magnetisch veld. Dit is een belangrijke stap, aangezien traditionele kwantum Hall-weerstandstandaarden doorgaans een magnetisch veld vereisen, wat de integratie bemoeilijkt.
Het geïntegreerde apparaat, dat werkt op basis van kwantummechanische principes, meet spanningen van 0,24 millivolt tot 6,5 millivolt met minimale fouten, naast extreem nauwkeurige metingen van weerstand en elektrische stroom. De onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben aangetoond dat dit apparaat een directe realisatie van de ampère mogelijk maakt, met nauwkeurigheid die vergelijkbaar is met indirecte methoden. Dit is een directe toepassing van de herziene definitie van het Internationale Stelsel van Eenheden (SI), waarbij de ampère nu gebaseerd is op de elementaire lading van een elektron.
Deze technologie zal naar verwachting worden overgenomen door toonaangevende laboratoria en nationale meetinstituten, wat kan leiden tot accuratere en betrouwbaardere gegevens in diverse sectoren. De ontwikkeling van dit multifunctionele kwantum-instrument zal naar verwachting verdere innovatie stimuleren op het gebied van topologische materialen en cryostaatsontwerp.
De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Electronics. De vooruitgang in kwantummetrologie, zoals deze ontwikkeling, wordt gezien als de toekomst van precisie metingen, met potentiële toepassingen in sectoren variërend van geneeskunde tot engineering, en belooft de nauwkeurigheid van GPS en navigatietechnologieën te verbeteren.