Una colaboración internacional, incluidos investigadores del Laboratorio Nacional de Física (NPL) y Royal Holloway, Universidad de londres, ha demostrado con éxito un efecto de coherencia cuántica en un nuevo dispositivo cuántico hecho de alambre superconductor continuo:el dispositivo de interferencia cuántica de carga (CQUID).

Esta investigación es un hito importante hacia un nuevo estándar cuántico robusto para la corriente eléctrica, y podría ser capaz de difundir la nueva definición del amperio, que se espera sea decidido por la comunidad de medición global como parte de la redefinición del sistema internacional de unidades (SI) a finales de este año.

Como se informó en Física de la naturaleza , el dispositivo actúa de manera opuesta al dispositivo superconductor de interferencia cuántica más conocido (SQUID), utilizado como sensor ultrasensible para magnetismo. En lugar de detectar un campo magnético a través de su influencia en el flujo de corriente (carga en movimiento) como un CALAMAR, el CQUID funciona aparentemente de manera opuesta, detección de carga como resultado de la interferencia cuántica debido al flujo de flujo magnético.

Desarrollado a lo largo de las últimas décadas, el SQUID ha pasado a ser de uso común en una variedad de campos, de imágenes médicas, prospección geológica a sensores de ondas gravitacionales. Con más investigación, Se prevé que el CQUID también tendrá una amplia gama de aplicaciones similar en el futuro.

El CQUID demuestra, por primera vez, interferencia de deslizamientos de fase cuántica coherente (CQPS) en un dispositivo hecho de más de una unión CQPS. Este elemento fundamental del circuito cuántico es el dual y opuesto a la unión de Josephson, basado en el efecto Josephson ganador del Premio Nobel, y subraya el potencial del CQUID.

La unión CQPS se realiza en el circuito incorporando un nanoalambre superconductor en un entorno eléctrico de muy alta impedancia. El equipo buscó tecnologías de nanofabricación de vanguardia para demostrar el dispositivo en la práctica. Una película superconductora hecha de nitruro de niobio con un espesor total de solo 3,3 nanómetros se depositó una capa atómica a la vez. Luego, la película se modeló en alambres estrechos de solo unos pocos nanómetros de ancho.

Sebastián de Graaf, Investigador principal de NPL y científico principal del estudio dijo:

"La dualidad entre los dispositivos CQUID y SQUID se origina en la relación fundamental entre la carga y la fase en la mecánica cuántica, hecho posible en estos dispositivos con materiales superconductores. Podemos pensar en ello como la carga y el flujo magnético, o el propio superconductor y el vacío (aislante) que lo rodea, repentinamente teniendo los roles opuestos.

"Esto abre el potencial para una nueva amplia gama de tecnologías, con los roles intercambiados de corriente eléctrica y voltaje en un circuito CQPS en comparación con una unión Josephson, conduciendo hacia un estándar igualmente preciso y robusto para la corriente como el estándar cuántico fundamental para el voltaje, que hoy se realiza mediante matrices de uniones de Josephson ".

Oleg Astafiev, Profesor de Física en Royal Holloway, Universidad de londres, y profesor invitado en NPL, concluye:

"Los resultados también muestran que los materiales que estamos utilizando ahora se pueden fabricar con una precisión y reproducibilidad lo suficientemente altas como para permitir múltiples, nominalmente similar, Uniones CQPS en el mismo dispositivo. Esto ha sido un gran desafío en el pasado, pero con las modernas tecnologías de nanofabricación esto ahora es posible. Esto es muy prometedor para el desarrollo de sensores y metrología dual a lo que ya existe hoy basado en la unión de Josephson ".