Uma colaboração internacional, incluindo pesquisadores do National Physical Laboratory (NPL) e Royal Holloway, Universidade de Londres, demonstrou com sucesso um efeito quântico coerente em um novo dispositivo quântico feito de fio supercondutor contínuo - o Charge Quantum Interference Device (CQUID).

Esta pesquisa é um marco importante em direção a um novo padrão quântico robusto para a corrente elétrica, e poderia ser capaz de disseminar a nova definição do ampere, que deverá ser decidido pela comunidade global de medição como parte da redefinição do sistema internacional de unidades (SI) ainda este ano.

Conforme relatado em Física da Natureza , o dispositivo atua de forma oposta ao dispositivo de interferência quântica supercondutor mais conhecido (SQUID), usado como um sensor ultrassensível para magnetismo. Em vez de detectar um campo magnético por meio de sua influência no fluxo de corrente (carga em movimento) como um SQUID, o CQUID funciona aparentemente de maneira oposta, detecção de carga como resultado da interferência quântica devido ao fluxo de fluxo magnético.

Desenvolvido ao longo das últimas décadas, o SQUID passou a ser comumente usado em uma variedade de campos, de imagens médicas, prospecção geológica para sensores de ondas gravitacionais. Com mais pesquisas, Prevê-se que o CQUID também terá uma ampla gama de aplicações semelhantes no futuro.

O CQUID demonstra, pela primeira vez, interferência de deslizamentos de fase quântica coerente (CQPS) em um dispositivo feito de mais de uma junção CQPS. Este elemento fundamental do circuito quântico é o dual e oposto à junção Josephson - com base no efeito Josephson vencedor do Prêmio Nobel - e destaca o potencial do CQUID.

A junção CQPS é realizada no circuito incorporando um nanofio supercondutor em um ambiente elétrico de impedância muito alta. A equipe buscou tecnologias de nanofabricação de última geração para demonstrar o dispositivo na prática. Um filme supercondutor feito de nitreto de nióbio com uma espessura total de apenas 3,3 nanômetros foi depositado uma camada atômica de cada vez. O filme foi então modelado em fios estreitos de apenas alguns nanômetros de largura.

Sebastian de Graaf, Pesquisador sênior do NPL e cientista-chefe do estudo disse:

"A dualidade entre os dispositivos CQUID e SQUID origina-se da relação fundamental entre carga e fase na mecânica quântica, possível nestes dispositivos com materiais supercondutores. Podemos pensar nisso como a carga e o fluxo magnético, ou o próprio supercondutor e o vácuo (isolante) ao seu redor, de repente tendo os papéis opostos.

"Isso abre o potencial para uma nova ampla gama de tecnologias, com as funções trocadas de corrente elétrica e tensão em um circuito CQPS em comparação com uma junção Josephson, levando a um padrão igualmente preciso e robusto para a corrente como o padrão quântico fundamental para a tensão, que hoje é realizado por matrizes de junções Josephson. "

Oleg Astafiev, Professor de Física na Royal Holloway, Universidade de Londres, e professor visitante no NPL, conclui:

"Os resultados também mostram que os materiais que estamos usando agora podem ser feitos com precisão e reprodutibilidade altas o suficiente para permitir múltiplos, nominalmente semelhante, Junções CQPS no mesmo dispositivo. Isso foi muito desafiador no passado, mas com tecnologias modernas de nanofabricação isso agora se tornou possível. Isso é muito promissor para o desenvolvimento de sensores e metrologia duais ao que já existe hoje com base na junção Josephson. "