Una collaborazione internazionale, inclusi ricercatori del National Physical Laboratory (NPL) e Royal Holloway, Università di Londra, ha dimostrato con successo un effetto quantistico coerente in un nuovo dispositivo quantistico realizzato con un filo superconduttore continuo:il Charge Quantum Interference Device (CQUID).

Questa ricerca è una pietra miliare importante verso un nuovo robusto standard quantistico per la corrente elettrica, e potrebbe essere in grado di diffondere la nuova definizione di ampere, che dovrebbe essere deciso dalla comunità di misurazione globale come parte della ridefinizione del sistema internazionale di unità (SI) entro la fine dell'anno.

Come riportato in Fisica della natura , il dispositivo agisce in modo opposto al più noto dispositivo superconduttore a interferenza quantistica (SQUID), utilizzato come sensore ultrasensibile per il magnetismo. Invece di rilevare un campo magnetico attraverso la sua influenza sul flusso di corrente (carica in movimento) come un calamaro, il CQUID funziona apparentemente in modo opposto, carica di rilevamento come risultato dell'interferenza quantistica dovuta al flusso del flusso magnetico.

Sviluppato negli ultimi decenni, il calamaro ha continuato ad essere comunemente usato in una varietà di campi, dall'imaging medico, prospezione geologica a sensori di onde gravitazionali. Con ulteriori ricerche, si prevede che il CQUID avrà un'ampia gamma di applicazioni simile anche in futuro.

Il CQUID dimostra, per la prima volta, interferenza di slittamenti di fase quantistici coerenti (CQPS) in un dispositivo costituito da più di una giunzione CQPS. Questo elemento fondamentale del circuito quantistico è il doppio e l'opposto della giunzione Josephson, basata sull'effetto Josephson vincitore del Premio Nobel, e sottolinea il potenziale del CQUID.

La giunzione CQPS è realizzata nel circuito incorporando un nanofilo superconduttore in un ambiente elettrico ad altissima impedenza. Il team ha cercato tecnologie di nanofabbricazione all'avanguardia per dimostrare il dispositivo nella pratica. Un film superconduttore di nitruro di niobio con uno spessore totale di soli 3,3 nanometri è stato depositato uno strato atomico alla volta. Il film è stato poi modellato in fili sottili larghi pochi nanometri.

Sebastian de Graaf, Il ricercatore senior presso NPL e scienziato capo dello studio ha dichiarato:

"La dualità tra i dispositivi CQUID e SQUID ha origine dalla relazione fondamentale tra carica e fase in nella meccanica quantistica, reso possibile in questi dispositivi con materiali superconduttori. Possiamo pensarlo come la carica e il flusso magnetico, o il superconduttore stesso e il vuoto (isolante) attorno ad esso, improvvisamente i ruoli opposti.

"Questo apre il potenziale per una nuova vasta gamma di tecnologie, con i ruoli scambiati di corrente elettrica e tensione in un circuito CQPS rispetto a una giunzione Josephson, conducendo verso uno standard altrettanto preciso e robusto per la corrente come lo standard quantistico fondamentale per la tensione, che oggi è realizzato da schiere di giunzioni Josephson."

Oleg Astafiev, Professore di Fisica al Royal Holloway, Università di Londra, e Visiting Professor presso NPL, conclude:

"I risultati mostrano anche che i materiali che stiamo utilizzando possono ora essere realizzati con una precisione e una riproducibilità sufficientemente elevate da consentire molteplici, nominalmente simili, giunzioni CQPS nello stesso dispositivo. Questo è stato molto impegnativo in passato, ma con le moderne tecnologie di nanofabbricazione questo è diventato possibile. Questo è molto promettente per lo sviluppo di sensori e metrologia duale a quello che già esiste oggi basato sulla giunzione Josephson."