量子项目在《自然》期刊发表论文

量子技术的未来

小电流的精确测量在环境监测、能源效率、气候研究、核安全、医疗应用和数字化转型等领域有着广泛的应用。这些领域的长期进步以及日益严苛的欧洲目标和法规，需要可靠的电流测量作为支撑。为确保这些测量的最高准确度和稳定性，需要提供原级量子标准。

为了充分释放单电荷控制在量子计量和技术领域的潜力，计量伙伴关系项目电流计量先进量子技术（Advanced quantum technology for metrology of electrical currents，AQuanTEC，项目编号23FUN05）正致力于开发一种稳健的电流原级量子标准，并探索利用固态量子技术研究推动的技术进步所带来的新型器件概念。

在电学量子计量学中，稳健的原级量子标准的主要范例是约瑟夫森电压标准和量子霍尔电阻标准，它们直接利用国际单位制（SI）的定义，通过基本常数实现单位复现。

作为该项目研究工作的一部分，法国国家计量院（LNE）开发了一种改进型的可编程量子电流发生器。该装置将量子霍尔效应与可编程量化约瑟夫森电压源串联，并结合低温电流比较仪，以产生量子化电流。改进后的版本现在能够在微安量级产生量子化电流，不确定度达到10⁻⁸量级以下的纪录水平。这比之前改进了一个多数量级，并已用于校准商用电流表，其不确定度仅受限于被测器件本身。这些校准工作将使得不同电流表之间可以进行比对。量子化的小电流还可以通过将一个大电阻（例如1兆欧）上的电压与约瑟夫森标准的电压进行比较，来校准该电阻值。

这些研究成果已发表在高影响力期刊《自然·通讯》上：

项目协调员、来自德国联邦物理技术研究院（PTB）的Frank Hohls表示：“电子设备和传感器在我们的生活中无处不在。它们的开发和功能通常依赖于小电流的可溯源测量。所展示的具有最高准确度的原级量子电流源，将使研发工程师能够基于改进的测量能力，致力于开发新型或改进的器件和应用。”

该计量伙伴关系项目获得了欧洲计量伙伴关系计划的资助，该计划由欧盟“地平线欧洲”研究与创新计划及参与国共同出资。