量子计量基准研究取得新的突破

  仪器仪表网 ·  2012-07-30 09:58  ·  79450 次点击
日前,由中国计量科学研究院承担的“可编程约瑟夫森量子电压基准研究”课题顺利通过项目验收。该项目课题建立了基于可编程约瑟夫森结阵的量子电压基准装置,实现了直流1伏电压的测量不确定度1.9×10-9、交流幅值1伏电压(60Hz)的测量不确定度3.1×10-6,技术指标达到国际先进水平。
据悉,该项目课题是国家“十一五”科技支撑计划重点项目“以量子物理为基础的现代计量基准研究”项目中的一项。“以量子物理为基础的现代计量基准研究”项目是为应对国际单位制重大变革而设立的国家“十一五”科技支撑计划重点项目,项目分9个课题执行,内容分别涵盖了普朗克常数、精细结构常数等4项基本物理常数的精密测量及量子质量基准、量子电压基准等9套量子基准的研究。“可编程约瑟夫森量子电压基准研究”是该项目中第一个申请验收的课题。
项目课题组经过3年多的研究,自主研发了低损耗微波传输系统、低热电势精密自动开关和高速结阵激励系统,大大减少了系统的噪声,建立了基于可编程约瑟夫森结阵的量子电压基准装置,使我国的量子计量基准研究又往前迈进了重要的一步。
据该课题负责人、中国计量科学研究院电学与量子研究所研究员高原介绍,在国际计量单位改用自然常数重新定义的改制进程中,电压基准研究的不确定度水平与7个国际单位制基本量中的两个基本量密切相关。一个是电流的单位“安培”,另一个是质量的自然基准“千克”,课题工作的成功将对这两个基本单位的重新定义发挥重要作用。
高原介绍,其中,电流的单位“安培”是国际单位制7个基本量中惟一的与电磁量有关的基本单位,国际上常用的复现电流单位的方法是根据电学中的欧姆定律,即用电压和电阻两个电学量导出电流。因此在实际量值传递中,电压和电阻起到了电学基本量的作用,用于保存和复现电流量值。
“可编程约瑟夫森量子电压基准研究”将直流电压量值传递的不确定度技术指标从1×10-8提高到1×10-9的量级,这也意味着采用量子化霍尔电阻和量子电压重新定义的电流测量复现的不确定度指标也随之提高了近一个数量级。
另外,在国际计量单位量值改制进程中,质量自然基准的建立至关重要。在功率天平方案中,质量与电压的平方成正比,因此电压测量的不确定度将对质量测量的不确定度产生两倍的影响。可编程约瑟夫森量子电压基准保证电压测量的不确定度的提高,保证了质量自然基准测量的不确定度进入1×10-8的量级,从而提高我国在国际计量单位量值改制过程中的话语权。

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