Μια ομάδα επιστημόνων αποκάλυψε πώς μια ενιαία κβαντική συσκευή μπορεί να μετρά με ακρίβεια τις τρεις θεμελιώδεις μονάδες του ηλεκτρισμού – το αμπέρ (μονάδα ηλεκτρικού ρεύματος), το βολτ (μονάδα ηλεκτρικού δυναμικού) και το ωμ (μονάδα ηλεκτρικής αντίστασης). Πρόκειται για μια σημαντική ανακάλυψη, διότι μέχρι τώρα καμία συσκευή δεν μπορούσε να μετρήσει και τις τρεις βασικές ηλεκτρικές μονάδες σε ένα ενιαίο πρακτικό σύστημα. Αυτό σημαίνει ότι η μέτρηση του ηλεκτρισμού θα μπορούσε να γίνει πιο ακριβής και να μειώσει την πιθανότητα ανθρώπινου λάθους.
Ο Jason Underwood στο National Institute of Standards and Technology (NIST) στο Μέριλαντ και οι συνεργάτες του έδειξαν πώς η συσκευή είναι εφικτή με την ενσωμάτωση δύο βασικών κβαντικών συστημάτων σε έναν και μόνο κρυοστάτη. Συγκεκριμένα, ενός ειδικού τύπου αντιστάτη που ονομάζεται quantum anomalous Hall resistor (QAHR) και ενός προγραμματιζόμενου Josephson voltage standard (PJVS). Ο κρυοστάτης παρέχει το κατάλληλο περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας ώστε και τα δύο να λειτουργούν αποτελεσματικά.
Υπέρβαση προκλήσεων
Ο συνδυασμός των δύο κβαντικών συστημάτων σε μια ενιαία συσκευή ήταν δύσκολος επειδή βασίζονται σε εύθραυστα κβαντικά φαινόμενα που μπορούν να παρατηρηθούν μόνο σε χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, μία από τις συσκευές απαιτεί ισχυρό μαγνητικό πεδίο για να λειτουργήσει, κάτι που παρεμβαίνει στη λειτουργία της άλλης. Ωστόσο, οι επιστήμονες κατάφεραν να ξεπεράσουν αυτές τις δυσκολίες χρησιμοποιώντας ένα νέο υλικό που μπορεί να εκτελεί τις κβαντικές του λειτουργίες χωρίς να χρειάζεται μαγνητικό πεδίο. Έτσι, τα δύο κβαντικά συστήματα ενσωματώθηκαν επιτυχώς σε μία και μόνο συσκευή.
Η νέα ολοκληρωμένη κβαντική συσκευή λειτουργεί βάσει των αρχών της κβαντομηχανικής, οι οποίες είναι πολύ πιο ακριβείς από τις κλασικές μεθόδους. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη νέα τεχνολογία, οι ερευνητές μέτρησαν τάσεις από 0,24 millivolts έως 6,5 millivolts με ελάχιστο σφάλμα. Έκαναν επίσης εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις αντίστασης και ηλεκτρικού ρεύματος.
Μελλοντικές εφαρμογές
Τελικά, η έρευνα που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Electronics απλοποιεί τη διαδικασία πραγματοποίησης εξαιρετικά ακριβών ηλεκτρικών μετρήσεων και θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέους τρόπους ορισμού των ηλεκτρικών προτύπων. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε κορυφαία εργαστήρια και εθνικά ινστιτούτα μέτρησης για την εκτέλεση εξαιρετικά ακριβών ηλεκτρικών μετρήσεων. Αυτό θα μπορούσε να σημαίνει πιο αξιόπιστα και ακριβή δεδομένα σε ένα ευρύ φάσμα τομέων, όπως η κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών, η επιστημονική έρευνα και η ιατρική διάγνωση.
Οι επιστήμονες που διεξήγαγαν την έρευνα βλέπουν επίσης έναν ευρύτερο αντίκτυπο μιας τέτοιας συσκευής, όπως το να ενθαρρύνει νέες εξελίξεις στα υλικά. Όπως έγραψαν στο άρθρο τους:
«Η ελπίδα μας είναι ότι αυτή η αρχική προσπάθεια προς ένα πολυλειτουργικό κβαντικό όργανο θα προκαλέσει καινοτομία στα τοπολογικά συστήματα υλικών και στο σχεδιασμό και την τεχνολογία των κρυοστατών.»
Περισσότερες πληροφορίες: Linsey K. Rodenbach et al, Μια ενοποιημένη υλοποίηση ηλεκτρικών μεγεθών από το κβαντικό Διεθνές Σύστημα Μονάδων, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01421-2
Stephen P. Giblin, Απλοποίηση πρωτογενών ηλεκτρικών προτύπων, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01423-0
Πληροφορίες περιοδικού: Nature Electronics
