Une collaboration internationale, y compris des chercheurs du National Physical Laboratory (NPL) et de Royal Holloway, Université de Londres, a démontré avec succès un effet quantique cohérent dans un nouveau dispositif quantique fait de fil supraconducteur continu - le Charge Quantum Interference Device (CQUID).

Cette recherche est une étape importante vers un nouvel étalon quantique robuste pour le courant électrique, et pourrait être capable de diffuser la nouvelle définition de l'ampère, qui devrait être décidé par la communauté mondiale de la mesure dans le cadre de la redéfinition du système international d'unités (SI) plus tard cette année.

Comme indiqué dans Physique de la nature , le dispositif agit à l'inverse du dispositif supraconducteur d'interférence quantique (SQUID), plus connu, utilisé comme capteur ultrasensible pour le magnétisme. Au lieu de détecter un champ magnétique via son influence sur le flux de courant (charge mobile) comme un SQUID, le CQUID fonctionne apparemment en sens inverse, charge de détection à la suite d'une interférence quantique due au flux de flux magnétique.

Développé au cours des dernières décennies, le SQUID est devenu couramment utilisé dans une variété de domaines, de l'imagerie médicale, la prospection géologique aux capteurs d'ondes gravitationnelles. Avec d'autres recherches, il est prévu que le CQUID aura également une large gamme d'applications similaire à l'avenir.

Le CQUID démontre, pour la première fois, interférence de glissements de phase quantiques cohérents (CQPS) dans un dispositif constitué de plusieurs jonctions CQPS. Cet élément fondamental du circuit quantique est le double et l'opposé de la jonction Josephson - basé sur l'effet Josephson lauréat du prix Noble - et souligne le potentiel du CQUID.

La jonction CQPS est réalisée dans le circuit en enrobant un nanofil supraconducteur dans un environnement électrique à très haute impédance. L'équipe s'est tournée vers les technologies de nanofabrication de pointe pour démontrer le dispositif dans la pratique. Un film supraconducteur en nitrure de niobium d'une épaisseur totale de seulement 3,3 nanomètres a été déposé une couche atomique à la fois. Le film a ensuite été modelé en fils étroits de quelques nanomètres de large.

Sébastien de Graaf, Chercheur principal au NPL et scientifique principal de l'étude a déclaré :

"La dualité entre les dispositifs CQUID et SQUID provient de la relation fondamentale entre charge et phase en mécanique quantique, rendu possible dans ces dispositifs avec des matériaux supraconducteurs. Nous pouvons le considérer comme la charge et le flux magnétique, ou le supraconducteur lui-même et le vide (isolant) qui l'entoure, ayant soudainement les rôles opposés.

"Cela ouvre le potentiel d'une nouvelle large gamme de technologies, avec les rôles inversés du courant et de la tension électriques dans un circuit CQPS par rapport à une jonction Josephson, conduisant à une norme de courant tout aussi précise et robuste que la norme quantique fondamentale de tension, ce qui est aujourd'hui réalisé par des réseaux de jonctions Josephson."

Oleg Astafiev, Professeur de physique à Royal Holloway, Université de Londres, et professeur invité au NPL, conclut :

« Les résultats montrent également que les matériaux que nous utilisons peuvent désormais être fabriqués avec une précision et une reproductibilité suffisamment élevées pour permettre plusieurs, nominalement similaire, Jonctions CQPS dans le même appareil. Cela a été très difficile dans le passé, mais avec les technologies modernes de nanofabrication, cela est maintenant devenu possible. C'est très prometteur pour le développement de capteurs et d'une métrologie double de celle qui existe déjà aujourd'hui basée sur la jonction Josephson. »