Một nhóm các nhà khoa học đã tiết lộ cách một thiết bị lượng tử duy nhất có thể đo lường chính xác ba đơn vị điện cơ bản—ampe (đơn vị của dòng điện), vôn (đơn vị của điện thế) và ôm (đơn vị của điện trở). Đây là một bước đột phá quan trọng vì cho đến nay, chưa có một dụng cụ đơn lẻ nào có thể đo cả ba đơn vị điện chính trong cùng một hệ thống thực tiễn. Điều này có nghĩa là việc đo lường điện có thể trở nên chính xác hơn và giảm thiểu khả năng xảy ra sai số do con người.

Jason Underwood tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) ở Maryland và các đồng nghiệp của ông đã chứng minh thiết bị này khả thi bằng cách tích hợp hai hệ thống lượng tử chủ chốt vào một máy lạnh cryo duy nhất. Cụ thể, đó là một loại điện trở đặc biệt được gọi là điện trở hiệu ứng Hall dị thường lượng tử (QAHR) và một chuẩn điện áp Josephson khả trình (PJVS). Máy lạnh cryo cung cấp môi trường nhiệt độ thấp phù hợp để cả hai hệ thống này hoạt động hiệu quả.

Vượt qua những thách thức

Việc kết hợp hai hệ thống lượng tử vào một thiết bị duy nhất là một thách thức vì chúng dựa vào các hiện tượng lượng tử mỏng manh chỉ có thể quan sát được ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, một trong hai thiết bị này cần một từ trường mạnh để hoạt động, điều này lại cản trở hoạt động của thiết bị kia. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã có thể vượt qua những khó khăn này bằng cách sử dụng một vật liệu mới có thể thực hiện các chức năng lượng tử của nó mà không cần đến từ trường. Do đó, hai hệ thống lượng tử đã được tích hợp thành công vào một thiết bị duy nhất.

Thiết bị lượng tử tích hợp mới hoạt động dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử, vốn chính xác hơn nhiều so với các phương pháp cổ điển. Sử dụng công nghệ mới này, các nhà nghiên cứu đã đo được các mức điện áp từ 0,24 milivôn đến 6,5 milivôn với sai số rất nhỏ. Họ cũng đã thực hiện các phép đo điện trở và dòng điện cực kỳ chính xác.

Các ứng dụng trong tương lai

Sau cùng, nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Electronics, đã đơn giản hóa quá trình thực hiện các phép đo điện có độ chính xác cao và có thể dẫn đến những cách thức mới để xác định các tiêu chuẩn về điện. Công nghệ này có thể được sử dụng trong các phòng thí nghiệm hàng đầu và các viện đo lường quốc gia để thực hiện các phép đo điện cực kỳ chính xác. Điều đó có thể mang lại dữ liệu chính xác và đáng tin cậy hơn trong nhiều lĩnh vực, bao gồm sản xuất thiết bị điện tử, nghiên cứu khoa học và chẩn đoán y tế.

Các nhà khoa học thực hiện nghiên cứu cũng nhận thấy tác động rộng lớn hơn của một thiết bị như vậy, chẳng hạn như khuyến khích những phát triển mới về vật liệu.

"Hy vọng của chúng tôi là nỗ lực ban đầu này hướng tới một dụng cụ lượng tử đa chức năng sẽ thúc đẩy sự đổi mới trong các hệ vật liệu tô pô cũng như trong thiết kế và kỹ thuật máy lạnh cryo", nhóm nghiên cứu chia sẻ.

P.T.T (NASTIS), theo https://phys.org/news/, 2025