约瑟夫森电压标准交流电压首次关键比对成功完成

约瑟夫森电压标准交流电压首次关键比对成功完成

合作推动并促进全球测量的可比性

约瑟夫森电压标准交流电压首次关键比对完成

电学计量领域迎来了一个重大里程碑——约瑟夫森电压标准交流电压首次关键比对已成功完成。本次比对由国际计量局（BIPM）与德国联邦物理技术研究院（PTB）共同实施。

此次比对于2025年完成，覆盖了0.75 V和7 V两个交流电压幅值、62.5 Hz至1.25 kHz频率范围。结果显示，两套系统之间的一致性达到每伏几十纳伏的水平。该比对是拓展电学量国际测量基础设施的重要一步，为最高级别的交流电压量值溯源与等效互认提供了支撑。它进一步增强了各国实现的交流电压测量结果之间保持一致性、可比性并锚定于同一量子定义基准的信心。

图片说明：Stéphane Solve 和 Régis Chayramy（BIPM）正在准备和操作用于约瑟夫森标准交流电压关键比对的测量装置。

• 比对实施方式
  本次比对采用了一台稳定的交流电压源作为传递标准，该传递标准先后由PTB和BIPM的交流量子电压标准进行测量。交流量子电压标准生成一个与传递标准频率相同、标称有效值一致的阶梯逼近正弦波。传递标准与交流量子电压表之间的微小电压差值通过同步采样器进行测量。测得的电压差值结合可预测的量子化电压值，即可确定传递标准信号的有效值。
  

• 比对结果
  在两个电压幅值以及几乎所有频率点上，两套系统均呈现出极佳的一致性，相对偏差处于每伏几十纳伏的水平。这充分验证了基于量子的交流电压测量的稳健性与成熟度，也表明基于约瑟夫森效应的技术能够实现高度可靠和可复现的交流电压测量，适用于关键比对目的。完整的比对结果已在《Metrologia》期刊上发表。
  

• 背景
  自上世纪90年代初以来，BIPM一直协调开展约瑟夫森电压标准直流电压的现场持续关键比对计划，通过BIPM.EM-K10等比对活动支持全球电学测量等效互认。随着量子测量技术在国际范围内的应用拓展到交流领域，对等效比对能力的需求日益增长。为此，电学与磁学咨询委员会（CCEM）责成BIPM将BIPM.EM-K10关键比对扩展至交流电压领域。过去七年间，BIPM在PTB、美国国家标准与技术研究院（NIST）和韩国标准科学研究院（KRISS）的大力技术协作下，开展了先导研究以开发合适的测量方法，评估了交流信号发生器，并建立了一套稳健的比对协议。该协议于2023年获得CCEM正式批准。
  
  
  
  
  图片说明：从左至右：Luis Palafox（PTB）、Stéphane Solve 和 Régis Chayramy（BIPM）以及 Ralf Behr（PTB）在PTB（布伦瑞克）电压实验室进行双边交流约瑟夫森电压关键比对。
  

来源：

https://www.bipm.org/en/-/2026-01-15-first-successful-key-comparison-of-josephson-voltage-standards-for-ac-voltage-1