基于电子电荷的安培实用量子实现

国际单位制（SI）未来修订的一项重大变化是基于基本电荷 \emph{e} 的安培新定义。取代基于安培力定律的旧定义将使人能够充分利用量子物理来实现安培。然而，尽管在开发单电子隧穿器件方面投入了大量努力，仍缺乏一种由 \emph{e} 实现的安培量子实现，其相对值精度达到 $10^{-8}$ 并满足溯源性需求。我们再次从欧姆定律出发，将其应用于一个结合量子霍尔电阻与约瑟夫森电压标准以及超导低温放大器的量子电路中，报道了一种实用且通用的可编程量子电流发生器。我们证明，在毫安范围内产生的电流按 $ef_\mathrm{J}$（$f_\mathrm{J}$ 为约瑟夫森频率）量子化，测量不确定度为 $10^{-8}$。这种新型量子电流源能够提供低至微安范围的如此精确的电流，可极大改善电流测量溯源性，正如数字电流表校准所展示的那样。此外，它为计量学和基础物理的进一步发展开辟了道路，例如量子多用表或与单电子泵的新精确比较。