量子产生的“高”电压-江苏省钢铁行业协会

高达80伏、可编程的约瑟夫森电压标准

来源：PTB新闻

主要适用于以下领域：

·计量机构

·电量子计量

·基础研究

可编程约瑟夫森电压标准指的是由具有几千个约瑟夫森结的串联阵列组成的电量子标准。它们通常能产生具有基本准确度高达10伏的电压，并被国家计量院用来实现电压单位。目前，PTB成功地用约瑟夫森电压标准实现了世界上第一个高达80伏的输出电压。

图示：安装在样品架上的两个20伏约瑟夫森阵列。另外两个阵列被安装在下方。

海德堡的马克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）在进行原子物理学基础研究实验时，其需求激发了该标准的开发。潘宁阱使用磁场和静电场来储存离子，需要超稳定、低噪音的电压源。研究人员使用MPIK的PENTATRAP质谱仪来确定长寿命、高电荷重离子的质量比。PENTATRAP中的五个潘宁阱使用了内部开发的高达90伏的高稳定常规电压源。尽管它的时间稳定性很高，但该电压源将可达到的相对测量不确定度限制在了大约10-11。为了进一步改进，MPIK和PTB正在合作开发一个基于约瑟夫森电压标准的高稳定量子电压源。约瑟夫森电压标准的普遍基准是10伏，而随着输出电压需要的增加，小型系统中连接的阵列就会面临特殊的挑战，这种系统包含了阵列所需的微波和电流。

PTB通过串联四个20伏的约瑟夫森阵列，现已成功地产生了约80伏的输出电压。这一电压水平代表了约瑟夫森电压标准的世界纪录。验证系统的第一批研究中，PTB对两组串联运行的两个阵列进行了相互比对，并确定了优于10-9的相对一致性。

PENTATRAP实验的初步测试中，在大约22伏的电压下，约瑟夫森电压源将时间稳定性提高了三倍。PTB还计划将电压水平提高到80伏。此外，研究人员目前正在开发一个电子偏置源，可以在整个电压范围内对输出电压进行可编程的简单调整。