Ett internationellt samarbete, inklusive forskare från National Physical Laboratory (NPL) och Royal Holloway, University of London, har framgångsrikt visat en kvant koherent effekt i en ny kvantanordning tillverkad av kontinuerlig supraledande tråd - Charge Quantum Interference Device (CQUID).

Denna forskning är en viktig milstolpe mot en robust ny kvantstandard för elektrisk ström, och skulle kunna sprida den nya definitionen av ampere, som förväntas beslutas av det globala mätsamhället som en del av omdefinieringen av det internationella enhetssystemet (SI) senare i år.

Som rapporterat i Naturfysik , enheten fungerar på motsatt sätt till den mer välkända supraledande kvantstörningsanordningen (SQUID), används som en ultrakänslig sensor för magnetism. Istället för att känna av ett magnetfält via dess påverkan på strömflödet (rörlig laddning) som en SQUID, CQUID fungerar till synes på motsatt sätt, avkänningsladdning som ett resultat av kvantstörning på grund av flödet av magnetiskt flöde.

Utvecklad under de senaste decennierna, SQUID har använts på många olika områden, från medicinsk bildbehandling, geologisk prospektering till sensorer av gravitationella vågor. Med ytterligare forskning, det är tänkt att CQUID kommer att ha ett liknande brett användningsområde i framtiden också.

CQUID visar, för första gången, interferens av koherenta kvantfasglider (CQPS) i en enhet som består av mer än en CQPS -övergång. Detta grundläggande kvantkretselement är det dubbla och motsatta till Josephson -korsningen - baserat på den nobelprisvinnande Josephson -effekten - och understryker CQUID:s potential.

CQPS-övergången realiseras i kretsen genom att bädda in en supraledande nanotråd i en mycket hög impedans elektrisk miljö. Teamet tittade på toppmodern nanofabriceringsteknik för att demonstrera enheten i praktiken. En supraledande film gjord av niobnitrid med en total tjocklek på endast 3,3 nanometer avsattes ett atomskikt åt gången. Filmen mönstrades sedan till smala trådar som bara var några nanometer breda.

Sebastian de Graaf, Seniorforskare vid NPL och ledande forskare i studien sa:

"Dualiteten mellan CQUID- och SQUID -enheterna härrör från det grundläggande förhållandet mellan laddning och fas in i kvantmekanik, möjliggjort i dessa enheter med supraledande material. Vi kan se det som laddningen och magnetflödet, eller själva superledaren och vakuumet (isolatorn) runt den, plötsligt med motsatta roller.

"Detta öppnar potentialen för ett nytt brett spektrum av tekniker, med de utbytta rollerna för elektrisk ström och spänning i en CQPS -krets jämfört med en Josephson -korsning, leder till en lika exakt och robust standard för ström som den grundläggande kvantstandarden för spänning, som idag realiseras genom arrays av Josephson -korsningar. "

Oleg Astafiev, Professor i fysik vid Royal Holloway, University of London, och gästprofessor på NPL, avslutar:

"Resultaten visar också att de material vi använder nu kan tillverkas med tillräckligt hög precision och reproducerbarhet för att möjliggöra flera, nominellt liknande, CQPS -korsningar i samma enhet. Detta har varit mycket utmanande tidigare, men med modern nanofabriceringsteknik har detta nu blivit möjligt. Detta är mycket lovande för utvecklingen av sensorer och metrologi som är dubbel till det som redan finns idag baserat på Josephson -korsningen. "