Le LNE et un chercheur du PTB mettent au point un étalon quantique pour l’ampère avec une incertitude record

Après huit ans de travail, les chercheurs du LNE, en collaboration avec un chercheur de Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) viennent de mettre au point un nouvel étalon quantique générant des courants à des valeurs parfaitement quantifiées, ne nécessitant aucune correction. Il est fondé sur la combinaison des étalons quantiques de tension Josephson, de résistance de Hall et d’un amplificateur supraconducteur combinés dans un circuit quantique original (cf. image).

La démonstration de l’exactitude des courants générés, aux valeurs quantifiées ±(n/p)efJ (où n et p sont des paramètres de contrôle entiers et fJ est la fréquence de Josephson), a été faite avec des incertitudes relatives inférieures à 10 milliardièmes [2] et pour des courants 500 fois plus faibles qu’en 2016, c’est-à-dire dans la gamme des microampères. Ceci démontre au passage l’amélioration du rapport signal sur bruit du nouveau système. L’ampère peut donc désormais être réalisé sur une large gamme de valeurs de courant avec des incertitudes plus faibles de deux ordres de grandeur que les meilleures capacités d’étalonnage des instituts nationaux de métrologie.

Cette démonstration a nécessité la mise en œuvre d’une instrumentation comprenant cinq dispositifs quantiques, le nouvel étalon de courant quantique étant au cœur de cet ensemble. Cette instrumentation quantique complète jette les bases d’une réalisation quantique universelle des unités électriques, de tension, de courant et même de résistance, dans une seule expérience. Dans cette perspective, les réfrigérateurs sans fluide cryogénique et les dispositifs quantiques fonctionnant dans des conditions expérimentales moins extrêmes, tels que ceux fondés sur le graphène ou les isolants topologiques magnétiques, simplifieront la mise en place et le fonctionnement de l’expérience, rendant ainsi la réalisation d’unités électriques plus pratique et performante.