Думали, что измерить ампер, вольт и ом в одном приборе невозможно? Физики из NIST создали то, что искали 100 лет

Учёные представили устройство, которое впервые способно точно измерять сразу три ключевых единицы электричества — ампер, вольт и ом. До этого момента не существовало прибора, который мог бы объединить все три измерения в одной системе. Такой подход открывает путь к более точным и надёжным электрическим измерениям, снижая вероятность ошибок.

Команда под руководством Джейсона Андервуда из Национального института стандартов и технологий США (NIST) в Мэриленде показала , что этого можно достичь, совместив два квантовых решения в одном криостате. Речь идёт о квантовом аномальном холловском резисторе и программируемом джозефсоновском эталоне напряжения. Криостат создаёт низкотемпературные условия, необходимые для их работы.

Главная сложность заключалась в том, что такие квантовые системы крайне чувствительны и функционируют только при низких температурах. Более того, одно из устройств требует сильного магнитного поля, которое мешает работе другого. Прорыв оказался возможен благодаря использованию нового материала, способного выполнять квантовые функции без магнитного поля. Это позволило объединить оба компонента в одном приборе.

Новая система работает на принципах квантовой механики, обеспечивая куда более высокую точность по сравнению с классическими методами. Учёные продемонстрировали измерение напряжений в диапазоне от 0,24 до 6,5 милливолт с минимальной погрешностью, а также предельно точное определение сопротивления и силы тока.

Результаты, опубликованные в журнале Nature Electronics, упрощают процесс высокоточных измерений и могут повлиять на будущие стандарты в электротехнике. Такие приборы найдут применение в ведущих лабораториях и национальных центрах метрологии, обеспечивая максимально достоверные данные в производстве электроники, научных исследованиях и даже медицинской диагностике.

Авторы работы отмечают, что их разработка может подтолкнуть к новым открытиям и в смежных областях — от материаловедения до инженерии криостатов. «Мы надеемся, что этот первый шаг к многофункциональному квантовому инструменту вдохновит на дальнейшие инновации», — подчеркнули они. Одновременно с исследованием в Nature Electronics вышла и обзорная статья, посвящённая его значению.