آمپر و واحدهای الکتریکی در عصر کوانتومی

با ثابت نگه داشتن دو ثابت بنیادی از مکانیک کوانتومی، ثابت پلانک h و بار اولیه e، مجموعه تجدید نظر شده بین‌المللی (SI) ‏واحدها صراحتا بر مکانیک کوانتومی صحه می‌گذارد. این تکامل همچنین بر اهمیت این نظریه که تحقق دقیق واحدها را تایید می‌کند، تاکید می‌کند. از ۲۰ می ۲۰۱۹ به بعد، تعاریف جدیدی از کیلوگرم و آمپر، براساس مقادیر ثابت h و e، به ترتیب بر روی مترولوژی (دانش مربوط به اصول اندازه گیری) الکتریکی تاثیر خواهند گذاشت. اثر جوزفسون (JE)‏و اثر کوانتومی هال (QHE)‏که برای حفظ استانداردهای ولتاژ و مقاومت با قابلیت تکرار بی‌سابقه از سال ۱۹۹۰ استفاده می‌شود، از این پس امکان تحقق ولت و اهم را بدون عدم قطعیت به ارث برده شده از تعاریف الکترومکانیکی قدیمی‌تر فراهم می‌کند. به طور گسترده‌تر، SI بازبینی‌شده از استفاده از اثرات کوانتومی برای تحقق واحدهای الکتریکی به نفع کاربران نهایی حمایت خواهد کرد. در اینجا به بررسی جدیدترین استانداردهای کوانتومی می‌پردازیم و در مورد کاربردها و چشم اندازهای بیشتر در مترولوژی الکتریکی بحث می‌کنیم.

By fixing two fundamental constants from quantum mechanics, the Planck constant h and the elementary charge e, the revised “Système international” (SI) of units endorses explicitly quantum mechanics. This evolution also highlights the importance of this theory that underpins the most accurate realizations of the units. From 20 May 2019 onwards, the new definitions of the kilogram and of the ampere, based on fixed values of h and e, respectively, will particularly impact the electrical metrology. The Josephson effect (JE) and the quantum Hall effect (QHE), used to maintain voltage and resistance standards with unprecedented reproducibility since 1990, will henceforth provide realizations of the volt and the ohm without the uncertainties inherited from the older electromechanical definitions. More broadly, the revised SI will support the exploitation of quantum effects to realize the electrical units, to the benefit of end-users. Here, we review the state-of-the-art of quantum standards