Команда науковців досягла значного прориву, розробивши єдиний квантовий пристрій, здатний точно вимірювати три фундаментальні одиниці електрики: ампер, вольт та ом. Ця інновація спрощує процес електричних вимірювань, підвищуючи точність та мінімізуючи ймовірність людської помилки.
Пристрій інтегрує квантовий аномальний Холівський резистор (QAHR) та програмований Джозефсонівський стандарт напруги (PJVS) в одному кріостаті, що забезпечує необхідне низькотемпературне середовище для їх функціонування. Подолання виклику інтеграції цих двох систем, які зазвичай потребують різних умов експлуатації, стало можливим завдяки використанню нового матеріалу, що демонструє свої квантові функції без потреби у магнітному полі.
Ця розробка є важливим кроком у розвитку квантової метрології, яка відіграє ключову роль у забезпеченні точності вимірювань у багатьох галузях. Працюючи на основі принципів квантової механіки, інтегрований пристрій вимірює напругу в діапазоні від 0,24 мілівольт до 6,5 мілівольт з мінімальною похибкою, а також надзвичайно точні вимірювання опору та електричного струму.
Очікується, що ця технологія буде впроваджена провідними лабораторіями та національними вимірювальними інститутами, що потенційно призведе до більш точних та надійних даних у різних сферах. Квантова електрична метрологія (QEM) має фундаментальне значення для національної вимірювальної інфраструктури, забезпечуючи підвищену точність вимірювань, що приносить користь різним галузям промисловості та застосуванням. Зазначається, що близько 40% усіх калібрувальних послуг у країнах Європи пов'язані з електричним калібруванням, що підкреслює економічний вплив цієї галузі.
Дослідники передбачають, що цей піонерський крок до багатофункціонального квантового приладу стимулюватиме подальші інновації в галузі топологічних матеріальних систем та дизайну кріостатів. Розвиток топологічних матеріалів, зокрема топологічних ізоляторів, відкриває нові горизонти для квантових технологій, включаючи квантові комп'ютери та безпечні системи квантового зв'язку. Ці матеріали дозволяють електричному струму проходити з мінімальним опором на їхніх поверхнях, що є ключовим для багатьох передових застосувань. Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Electronics.