La manipulación de electrones individuales con el objetivo de emplear efectos cuánticos ofrece nuevas posibilidades y una mayor precisión en la electrónica. Sin embargo, Estos circuitos de un solo electrón se rigen por las leyes de la mecánica cuántica, lo que significa que todavía se producen desviaciones del funcionamiento sin errores, aunque (en el mejor de los casos) muy raramente. Por lo tanto, Los conocimientos sobre el origen físico y los aspectos metrológicos de esta incertidumbre fundamental son cruciales para el futuro desarrollo de los circuitos cuánticos. Para tal fin, Científicos de PTB y la Universidad de Letonia han colaborado para desarrollar una metodología de prueba estadística. Sus resultados han sido publicados en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Los circuitos de un solo electrón ya se utilizan como estándares cuánticos de corriente eléctrica y en prototipos de computadoras cuánticas. En estos circuitos cuánticos miniaturizados, las interacciones y el ruido impiden la investigación de las incertidumbres fundamentales y medirlas es un desafío, incluso para la precisión metrológica del aparato de medición.

En el campo de las computadoras cuánticas, Un procedimiento de prueba también denominado "punto de referencia" se utiliza con frecuencia en el que el principio de funcionamiento y la fidelidad de todo el circuito se evalúan mediante la acumulación de errores siguiendo una secuencia de operaciones. Basado en este principio, Investigadores de PTB y la Universidad de Letonia han desarrollado ahora un punto de referencia para circuitos de un solo electrón. Aquí, La fidelidad del circuito se describe mediante los pasos aleatorios de una señal de error registrada por un sensor integrado mientras el circuito ejecuta repetidamente una operación. El análisis estadístico de este "paseo aleatorio" se puede utilizar para identificar los raros pero inevitables errores cuando se manipulan partículas cuánticas individuales.

Mediante este "punto de referencia de recorrido aleatorio", la transferencia de electrones individuales se investigó en un circuito que consta de bombas de un solo electrón desarrolladas en PTB como estándares primarios para realizar el amperio, una unidad base SI. En este experimento, Los detectores sensibles registran la señal de error con resolución de un solo electrón. El análisis estadístico hecho posible mediante el recuento de partículas individuales no solo muestra las limitaciones fundamentales de la fidelidad del circuito inducidas por el ruido externo y las correlaciones temporales, sino que también proporciona una medida sólida para evaluar los errores en la metrología cuántica aplicada.

La metodología desarrollada dentro del alcance de este trabajo proporciona una base matemática rigurosa para validar estándares cuánticos de cantidades eléctricas y abre nuevos caminos para el desarrollo de sistemas cuánticos complejos integrados.