新科技：新量子设备将支持电流的测量标准

包括国家物理实验室(NPL)和伦敦大学皇家霍洛威学院(Royal Holloway)的研究人员，成功地证明了一种量子相干效应，这是一种由连续超导导线构成的新量子装置——电荷量子干涉装置(CQUID)。这项研究是一个重要的里程碑，对新量子标准电流并可能能够传播安培的新定义，预计将决定全球测量的一部分，重新定义的国际单位制(SI)将今年晚些时候。据《自然物理》报道，该装置的作用与著名的超导量子干涉装置(SQUID)相反，它被用作磁性的超灵敏感测器。CQUID并不是通过对电流流动(移动电荷)的影响来感知磁场，而是以相反的方式工作，因为磁通量的流动导致了量子干扰。

图片：国家物理实验室

在过去的几十年里在各种各样的领域被广泛使用，从医学成像、地质勘探到引力波的感测器。随着进一步的研究，预计CQUID在未来也会有类似的广泛应用。CQUID首次演示了在一个由多个CQPS结组成的器件中，相干量子相滑移(CQPS)的干扰。这一基本的量子电路元件是约瑟夫森结的对偶和对角——基于诺贝尔奖得主约瑟夫森效应——并强调了CQUID的潜力。CQPS结是通过在高阻抗的电子环境中嵌入超导纳米线来实现的。该团队研究了最先进的纳米技术，以在实践中演示该设备。由氮化铌制成的超导薄膜，其总厚度仅为3.3纳米，一次沉积一个原子层。然后胶片被模版成几纳米宽的窄线。

NPL的高级研究员、该研究的首席科学家Sebastian de Graaf说：CQUID装置之间的二元性源于量子力学中电荷与相位之间的基本关系，在这些设备中使用超导材料是可能的。可以把它想像成电荷和磁通量，或者超导体本身和它周围的真空(绝缘体)，突然有了相反的作用。这开启了潜在的新的广泛的技术,与电流和电压的互换角色CQPS电路与一个约瑟夫森结相比，主要对一个同样精确的和健标准电流的基本量子标准电压，今天是意识到的约瑟夫森结阵列。

伦敦大学皇家霍洛威学院的物理学教授Oleg Astafiev和NPL的客座教授总结道：研究结果还表明现在使用的材料可以制造出足够高的精确度和重现性，从而允许在同一设备上使用多个，名义上相似的CQPS连接。这在过去是非常具有挑战性的，但是随着现代纳米技术的发展，这已经成为可能。这对于感测器和计量的发展是非常有希望的，这是基于约瑟夫森结今天已经存在。

博科园-科学科普｜参考期刊： Nature Physics｜国家物理实验室