Définir les unités fondamentales de l'électricité utilisées pour nécessiter deux dispositifs quantiques capricieux – mais maintenant les scientifiques ont trouvé un moyen plus facile de normaliser nos mesures électriques
Pour mesurer l'électricité, nous avons besoin d'unités standardisées
Un seul dispositif quantique pourrait définir les trois unités que nous utilisons pour comprendre l'électricité.
Lorsque vous mesurez l'électricité, vous devez trouver le courant du débit dans les ampères, sa résistance dans les ohms et sa tension en volts. Mais avant même de commencer, les chercheurs doivent s'entendre sur la taille de chacune de ces unités. Jusqu'à présent, cela a nécessité deux dispositifs quantiques distincts, et souvent, la tâche coûteuse et compliquée de visiter deux laboratoires distincts.
Maintenant, Jason Underwood à l'Institut national des normes et de la technologie (NIST) du Maryland et de ses collègues a montré comment nous pourrions caractériser ces unités à l'aide d'un seul appareil. «L'idée d'intégrer ces deux normes quantiques a toujours été une sorte de Saint Graal», dit-il. «Cela fait longtemps que Sisyphe, nous avons continué à pousser le rocher sur la colline.»
Cette intégration était difficile car les deux dispositifs reposent sur des phénomènes quantiques fragiles qui ne peuvent être observés qu'à des températures très basses – si basses qu'elles doivent être utilisées dans des réfrigérateurs spéciaux appelés cryostats. Traditionnellement, un appareil nécessitait également un champ magnétique qui a perturbé le fonctionnement de l'autre.
La nouvelle méthode «One Box» contourne ce problème en utilisant un nouveau matériau qui peut effectuer ses astuces quantiques sans le champ magnétique, de sorte que deux systèmes quantiques qui devaient auparavant être séparés peuvent fonctionner dans le même cryostat. L'équipe l'a utilisé pour obtenir des ampères, des ohms et des volts avec des incertitudes aussi petites que quelques millions de chaque unité.
Avant que les chercheurs puissent utiliser le dispositif combiné dans la pratique, cependant, sa précision doit être encore augmentée. Pour l'instant, il est limité par la façon dont les deux systèmes et leur câblage se réchauffent lorsqu'ils sont placés côte à côte. De plus, le travail est en cours pour perfectionner le matériau quantique encore «juvénile» qui permet aux deux systèmes de travailler ensemble, explique Linsey Rodenbach à l'Université de Stanford en Californie.
Bien qu'il considère le projet comme un succès sans réserve, Underwood dit qu'une autre chose qui a empêché l'équipe d'atteindre des précisions encore plus élevées étaient de mauvaises conditions au NIST, qui est financée par le gouvernement américain. Il a particulièrement noté les «infrastructures en ruine de l'institution», comme décrit dans une étude en 2023 qui a révélé que plusieurs bâtiments du NIST se détérioraient. NIST a refusé de commenter.
Susmit Kumar au service de métrologie norvégien affirme que le nouvel appareil est une «réussite d'ingénierie impressionnante» et pourrait rendre les normes électriques quantiques plus rentables et plus faciles d'accès aux scientifiques et aux développeurs de technologies à travers le monde. Il fait partie du consortium Quahmet, qui utilise également de nouveaux matériaux pour développer un dispositif plus facile à utiliser pour déterminer l'OHM.
«Le système international d'unités est un langage commun que tous les scientifiques et ingénieurs utilisent. Vous voulez rendre cela aussi utile que possible», explique Richard Davis, qui est retiré du Bureau international des poids et des mesures. Il dit que les efforts pour unifier différents appareils qui sont actuellement utilisés peuvent accélérer à l'avenir.
