Команда ученых совершила прорыв, разработав единое квантовое устройство, способное с высокой точностью измерять три основные единицы электричества: ампер, вольт и ом. Это достижение обещает упростить электрические измерения, значительно повысив точность и снизив вероятность человеческой ошибки.
В основе устройства лежит интеграция квантового резистора Холла (QAHR) и программируемого источника напряжения Джозефсона (PJVS) в одном криостате. Это обеспечивает необходимую низкотемпературную среду для их работы. Преодоление сложности совмещения этих двух систем, обычно требующих различных условий эксплуатации, стало возможным благодаря использованию нового материала, демонстрирующего свои квантовые функции без необходимости магнитного поля. Как отмечается в исследованиях, интеграция QAHR и PJVS в одном криостате является сложной задачей из-за их различных требований к магнитному полю, но использование квантования при нулевом поле QAHR в сочетании с PJVS позволило продемонстрировать прямое измерение ампера.
Прибор, работающий на принципах квантовой механики, измеряет напряжения в диапазоне от 0,24 милливольт до 6,5 милливольт с минимальной погрешностью, а также обеспечивает чрезвычайно точные измерения сопротивления и электрического тока. Ожидается, что эта технология будет внедрена ведущими лабораториями и национальными метрологическими институтами, что потенциально приведет к получению более точных и надежных данных в различных областях.
Развитие квантовой метрологии открывает новые горизонты для повышения точности измерений. Использование квантовых явлений, таких как суперпозиция и запутанность, позволяет достичь уровней точности, недоступных для классических систем. Это имеет огромное значение для таких областей, как медицина, инженерия и фундаментальная физика. Например, квантовые сенсоры могут революционизировать диагностические методы, обеспечивая раннее выявление заболеваний, а улучшенная точность навигационных систем, таких как GPS, повысит их надежность.
Подобные достижения в метрологии, как отмечают эксперты, являются основой для научных открытий и технологического прогресса, позволяя ученым проверять гипотезы и теории с беспрецедентной точностью. Исследователи предвидят, что этот новаторский шаг к многофункциональному квантовому прибору будет стимулировать дальнейшие инновации в области топологических материалов и проектирования криостатов. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature Electronics. Это достижение является частью более широкой тенденции развития квантовой метрологии, которая обещает трансформировать наше понимание и взаимодействие с физическим миром, обеспечивая более точные и надежные измерения для решения сложных задач будущего.