Appears in collection : AIES-2025 - Interdisciplinarité, instrumentation, expérimentation et simulation

Depuis 2018, les unités du Système international (SI) sont définies en fixant les valeurs de sept constantes physiques, dont la constante de Planck h et la charge élémentaire e. L'ampère, unité de base de l'électricité, est désormais lié à e, et non plus au newton, ce qui permet de réaliser les unités électriques avec une précision exceptionnelle grâce aux phénomènes quantiques. L'effet Josephson et l'effet Hall quantique ont particulièrement révolutionné la métrologie électrique en fournissant des réalisations exactes du volt et de l'ohm respectivement à partir des constantes 2e/h et h/e^2, avec une incertitude relative inférieure à 10^{-9}. Les progrès continus de la nanofabrication et la découverte de nouveaux matériaux tels que le graphène ou les isolants topologiques magnétiques permettent aux métrologues de développer des étalons quantiques de tension et de résistance plus pratiques et polyvalents, avec des applications plus larges accessibles aux utilisateurs au-delà des instituts nationaux de métrologie. Cependant, le développement d'un étalon quantique de courant capable de contrôler un flux de charges élémentaires avec une incertitude de mesure cible inférieure à 10^{-8} reste un défi. Malgré de nombreux efforts, les nanodispositifs manipulant les électrons un par un n'ont jamais démontré une telle précision pour un flux de charge net. La méthode alternative fondée sur l'application de la loi d'Ohm aux étalons quantiques de tension et de résistance a récemment atteint l'incertitude cible dans la gamme de courant du milliampère , mais cela s'est fait au prix de l'application de corrections d'erreurs. Plus récemment, un nouveau générateur de courant quantique programmable, qui combine à la fois des étalons quantiques et un amplificateur cryogénique supraconducteur dans un circuit électrique quantique, a démontré la génération de courant sans erreur. Des courants de l'ordre du microampère sont générés à des valeurs quantifiées, ±(n/p)efJ, avec des incertitudes relatives record inférieures à 10^{8}, où n et p sont des paramètres de contrôle entiers et fJ est la fréquence Josephson . Au cœur d'une instrumentation quantique complète comprenant plusieurs dispositifs quantiques, le nouvel étalon quantique de courant jette les bases d'une réalisation quantique universelle des unités électriques de tension, de courant et même de résistance, dans le cadre d'une seule expérience.