一项突破性进展正在重塑电学测量的理解。一支科学家团队成功研制出一种集成的量子设备，能够以前所未有的精度同时测量安培、伏特和欧姆这三个基本电学单位。这项创新有望大幅简化电气测量流程，显著提升精度，并最大程度地减少人为误差的可能性。
该设备巧妙地将量子反常霍尔效应电阻（QAHR）和可编程约瑟夫森电压标准（PJVS）整合在同一低温恒温器内，为这些量子器件的运行提供了必需的低温环境。研究人员克服了集成这两个通常需要不同操作条件的系统的挑战，采用了能够无需磁场即可展现其量子功能的新型材料。这种材料的特性为量子反常霍尔效应（QHE）在零磁场下的实现提供了可能，这大大简化了测量基础设施，并为将量子电阻标准与约瑟夫森电压标准直接集成以产生量子电流标准铺平了道路。
基于量子力学原理运行，该集成设备能够以极低的误差测量0.24毫伏至6.5毫伏的电压，同时实现对电阻和电流的超高精度测量。约瑟夫森电压标准自20世纪70年代初引入以来，一直是电压测量的基石，并且随着2019年国际单位制（SI）的重新定义，它已成为实现国际单位制伏特（Volt）的标准方法。其精度极高，能够达到百万分之一伏特（ppm）的级别，甚至在10伏特电压下可低至1纳伏/伏特（nV/V）的相对不确定度。
这项开创性的多功能量子仪器研发，预计将推动拓扑材料系统和低温恒温器设计领域的进一步创新。该研究成果已发表在《自然电子学》期刊上。专家指出，量子电气计量学（QEM）在国家测量基础设施中扮演着基础性角色，它通过利用量子策略提高测量灵敏度和准确性，从而使各行各业受益。约有40%的欧洲校准服务与电气校准相关，而这项新技术的广泛应用，尤其是在生产环境中的应用，将对质量保证以及减少废品、返工和重复测试产生重大影响。
该技术的潜在影响是深远的，它不仅为科学研究提供了更精确的测量工具，也为电子电气、通信、航空航天和国防等关键行业带来了更高的可靠性和效率。通过将安培、伏特和欧姆的测量统一在一个量子设备中，研究人员为未来的电气测量技术设定了新的标杆，预示着一个更精确、更高效的测量新时代的到来。