近日，日本NTT公司和国家高级工业科学技术研究所（AIST）通过使用量子点成功创造稳定可靠的电流，在开发量子电流标准方面迈出了一步。这项研究通过确保微观世界的基本规则是一致的，并可用于同时为更多设备供电，从而提高当前的比较和乘法技术，从而对改进精确测量技术具有重要意义。这项研究涉及高级研究工程师（AIST）Shuji Nakamura、首席研究员Nobuhisa Kaneko、高级特聘研究员（NTT）Akira Fujiwara和特聘研究员Gento Yamahata之间的合作。
这项研究发表在美国化学学会出版的同行评审科学期刊《Nano Letters》上，可以在这里访问：具有百万分之一水平不确定性的太赫兹操作硅泵的普遍性和倍增性。
超精密测量技术在微制造、物理和化学等领域越来越重要。为了测量这些电流，使用了“电流标准”。如量子霍尔电阻标准和约瑟夫逊电压标准所示，该标准是通过利用量子力学现象连接电阻器和电压源来实现的。
这些标准通过欧姆定律联系在一起。然而，挑战在于，随着电流变小，测量的相对不确定性增加。这是精确测量的一个问题，尤其是对于纳安或更小的测量。NTT和AIST致力于应对这一挑战。这项研究和开发得到了日本科学促进会（JSPS）以及使用单电子控制开发量子标准和极限测量技术的支持。
NTT和AIST专注于单电子器件和精确电流测量技术，以对小电流进行精确测量。与此同时，NTT正在使用硅量子点2制定当前标准，开发最准确的电流产生技术。在这项研究中，他们将NTT的硅量子点器件与AIST的精密电流测量技术相结合。他们比较了两个独立的硅量子点通过的电流，并首次在全球范围内证实，这两个量子点的不确定性约为4×10^-7。通过将两个电流相加，他们成功地将电流增加了一倍，同时保持了较小的不确定性。这种精确的电流产生技术和电流比较技术将成为纳米安培以下微小电流测量的“标准”，并有助于提高半导体微制造、化学测量和辐射测量中的电流测量精度。
为了进行这项研究，NTT和AIST的科学家使用先进的微制造技术制造了两个微小的硅量子点（元素A和元素B），每个量子点的尺寸都只有几十纳米。这些装置是在NTT制造的，精确的电流测量是在AIST进行的。为了产生电流，首先向两个栅极施加负电压，在硅导线中产生量子点。然后，通过向其中一个栅电极施加正电压，硅线中的能垒降低，将电子引导到量子点中。通过调整电压，一系列操作不断地一个接一个地转移电子，产生电流。实验中显示的实际结果揭示了一个区域（电流平台），在该区域中，尽管电压发生变化，电流仍保持恒定。
NTT公司（NTT）和国家高级工业科学技术研究所（AIST）的合作代表了量子电流标准发展的重大进展。通过成功地利用硅量子点来产生稳定可靠的电流。研究人员解决了精确测量技术方面的挑战，特别是对于极小电流。这一成就不仅确保了微观世界基本规则的一致性，还具有同时为多个设备供电的潜力，为当前比较和乘法技术的进步铺平了道路。
