单芯片上Josephson电压和电流标准的可行性研究

量子Josephson电压标准已在计量领域中广泛确立多年。它依赖于将S/I/SJosephson结中的通量隧穿与微波辐射同步。这种现象称为沙浦宁步阶。电压标准与量子霍尔电阻标准一起，构成了静电计量学的基础。随后，电流被定义为电压与电阻之比。实现量子电流标准将完成电压-电阻-电流的静电计量三角形的实现。最近使用超导性纳米线和小型Josephson结显示了电流量化，即反向沙浦宁步阶，是将微波与库仑对偶隧穿同步的现象。这为将Josephson结电压和电流标准集成到同一芯片上并演示多标准操作提供了可能性。我们展示了在相同芯片上实现了电压和电流量化，频率最高可达10 GHz，分别对应电压幅度为0.021 mV，电流幅度为3.23 nA。然而，电压和电流量化的准确度相对较低，分别为35 ppk和100 ppk。我们讨论了如何优化Josephson结、电路和环境，以提升标准的幅度和准确度。