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NIST 的未校正证明 - TSAPPS
约瑟夫森效应彻底改变了电压计量学 [ 1 – 5 ]，它与用于测量电阻的量子霍尔效应以及用于测量时间和频率的原子钟一起，使得基于量子效应的测量标准成为可能。量子标准 7 产生的值本质上是准确的，因此可以使用可比较的设备、系统和测量技术在任何位置进行可重复的精密测量 8。量子标准本质上不同于非量子的“人工”标准 10，后者的值取决于环境条件。量子标准 11 的成功促使国际社会重新定义国际单位制，并 12 重新定义如何通过基本常数分配测量不确定度。[ 6 – 8 ] 在本章中，我将讨论直流和交流量子电压 14 标准的特性和特点、电压标准系统的设备、电路和仪器 15 的最新技术，以及它们目前如何应用于电压和 16 温度计量学。自始至终，我将指出如何采用适当的测量技术来最大限度地减少系统误差并实现接近量子精度的测量。
物联网时代的网络信任 - NIST 的 TSAPPS
如今，计算和通信已嵌入到灯泡和厨房水龙头等普通产品中。这些功能据说是物联网 (IoT) 的产物。物联网带来了新的机遇，但也带来了可信度方面的新挑战 [1]。计算、架构和验证方面的变革是应对这些挑战的必然选择，尤其是如果未来三年内将有 200 亿到 500 亿台新物联网设备的预测成真的话。物联网需要什么才能获得信任？物联网将为计算行业和消费者带来哪些新机遇？为了更好地理解这一点，让我们来看看几个关键问题。首先，物联网有许多定义；然而，没有一个健全、普遍接受和可操作的定义。这是一个问题——太多不同的意见混淆了概念，使人们更难理解网络信任和物联网，因为它创造了相互竞争的网络信任观点。更糟糕的是，“物联网”是否包括任何可以贴上“智能”标签的名词，如“智能玩具”、“智能房屋”或“智能城市”？可扩展性和异质性是网络信任问题。可扩展性会产生复杂性，而复杂性无法轻易验证信任。异质性会导致“事物”与其他“事物”连接和互操作出现问题，尤其是当它们来自不同且往往相互竞争的供应商时。异质性是一个理想的经济目标，因为
NIST 的仪器 - TSAPPS
使用可计算电容器保护电极的两个标准位置 [6]。然而，保护电极的连续定位意味着可计算电容器具有固有的可调谐性；图 3(b) 显示了我们如何利用这一点。我们注意到，比率变压器有抽头，因此，如果上侧为 100 V，则下侧可以取 2、3、4、5、6 或 7 V 的值。为了利用可调谐性，我们对比率变压器的一侧使用不同的抽头（6 V 而不是 7 V）和保护电极的两个不同位置（0.22 pF 和 0.66 pF 而不是 0.2 pF 和 0.7 pF）。使用此方法，我们可以在可计算电容器和 10 到 11.6 pF 之间的任意值的低温电容器之间实现平衡。我们已经实现了这种平衡，从而展示了
仪器 - NIST 的 TSAPPS
使用可计算电容器保护电极的两个标准位置 [6]。但是，保护电极的连续定位意味着可计算电容器具有固有的可调谐性；图3(b) 显示了我们如何利用这一点。我们注意到比率变压器有抽头，因此，如果上侧为 100 V，则下侧可以取 2、3、4、5、6 或 7 V 的值。为了利用可调谐性，我们对比率变压器的一侧使用不同的抽头（6 V 而不是 7 V）和保护电极的两个不同位置（0.22 pF 和 0.66 pF 而不是 0.2 pF 和 0.7 pF）。使用这个处方，我们可以在可计算电容器和 10 到 11.6 pF 之间的任意值的低温电容器之间实现平衡。我们实现了这样的平衡，并展示了
CPEM 2012 Word 模板 - NIST 的 TSAPPS
行为已被利用来将直流电压测量的精度提高五个数量级。基于超导约瑟夫森结阵列的最先进的精密电压标准系统现在可以提供量子精确、内在稳定、可编程的电压，直流电压的幅度大于 10 V，合成交流电压（如正弦波和任意波形）的幅度高达 2 V rms。已经开发出各种测量技术，用于音频范围内的交流测量应用和 60 Hz 功率计量。我描述了约瑟夫森电路和测量技术的主要发展，并总结了它们在电压计量应用中的当前性能和局限性。特别是，我强调使用基于量子的系统，即使它们产生看似低不确定性和可重复的结果，也不能保证测量的准确性。最后，我简要总结了如何利用量子精确的任意波形合成通过测量水三相点处电阻器的约翰逊噪声来测量玻尔兹曼常数，以及如何利用基于量子的约翰逊噪声温度计实现实用的电子主温度标准。
单光子器件和应用 - NIST 的 TSAPPS
本期特刊是 2011 年 6 月在德国联邦物理技术研究院 (PTB) 举行的第五届单光子技术国际会议的配套刊物。该团体每两年在国家计量机构举行一次会议，第一次会议于 2003 年在美国国家标准与技术研究所 (NIST，盖瑟斯堡) 举行，随后于 2005 年在国家物理实验室 (NPL) 举行，2007 年在国家计量研究所 (INRiM) 举行，2009 年在美国国家标准与技术研究所 (NIST，博尔德) 举行。这些研讨会的目的是将对单光子技术和应用感兴趣的广泛人士聚集在一起，帮助传播该领域的进展。2011 年研讨会在 15 场会议中共发表了 67 场演讲（14 场受邀演讲）和 16 场海报展示。共有来自 15 个国家的 109 名参与者参加，其中 71 名来自欧洲（主要群体为德国 22 名、意大利 17 名和英国 11 名），30 名来自北美（美国 27 名），6 名来自亚洲，2 名来自澳大利亚。迄今为止，每次研讨会之后都会出版关于单光子科学和技术科学领域的精选论文集，每篇论文都涉及特定主题。这些特刊中的第一期紧随 2003 年研讨会之后，主要涉及使用半导体器件的单光子检测，这在很大程度上是因为这是当时最发达的技术 [1]。第二期特刊更侧重于单光子源，反映了 2005 年研讨会上的大量贡献 [2]。超导探测器在 2007 年研讨会之后的第三期中成为焦点，该研讨会与欧盟第七框架项目 Sinphonia [3] 联合举办。2009 年，有多个单光子技术领域出现在特刊中，例如光子纠缠技术及应用、非经典性测量；相关、纠缠和可分解状态源设计作为基础物理测试 [4]。第 5 届单光子器件和应用研讨会专门讨论了单光子探测器和源的当前技术水平和最新发展，重点关注现有的限制、不足和改进机会。这些发展是由许多需要此类设备的应用的出现所驱动的。
基于模型的企业峰会报告 - NIST 的 TSAPPS
我们要感谢组织和参与 2012 年基于模型的企业峰会的各位，特别是向整个小组做演讲的各位。我们还要感谢 Charlie Stirk (Cost Vision) 对第 3 节提出的深刻而有益的建议。我们特别感谢 Phil Zimmerman (国防部长办公室)、Ric Norton (国防后勤局)、Curtis Brown (能源部)、Richard Neal (集成制造技术计划)、Charlie Stirk、Garth Coleman (3DVIA) 和 David Stieren (NIST 制造扩展合作伙伴) 为我们提供其演讲的草稿摘要，以便将其纳入第 4 节。最后，我们感谢 Chris Brown (NIST) 和 Roy Whittenburg (美国陆军) 对本文档的有益审查。
NIST 的混合探测器 - TSAPPS
图 3：检测效率和死时间引起的入射光子统计数据失真。具有泊松统计数据 Poisson( k | µT ) 的入射状态，µT = 80（实心方块），由于有限量子效率 η = 0 . 7（空心方块）而有效衰减，见公式 (10)。输出分布保持为泊松分布，具有泊松( m | ηµT )。对于具有可瘫痪死时间 t dead 的探测器，输出统计数据由公式控制。 （11）给出分布泊松（k | ηµT exp（−ηµt dead）），即它仍然保持泊松分布，新的均值为ηµT exp（−ηµt dead）（实心圆）。对于具有非瘫痪死时间t dead 的探测器，输出分布不再是泊松分布，而是亚泊松分布，参见公式（13）（空心圆）。
量子计量学 - NIST 的 TSAPPS
本书的读者在阅读计量学这一章时已经开始发现，超导电子学最广泛的应用涉及电磁现象的测量。与用于测量的大多数其他现象不同，超导性对于电气标准也是必不可少的。由于它是一种量子现象，它可以用基本常数表示电压，精度高达 10 19 分之几。在某些方面，基于约瑟夫森结阵列的超导电压标准是超导性最成功的应用，考虑到结的数量及其在世界范围内的使用。虽然它们在概念上很简单，但它们的底层技术花了近 50 年的时间才从不可靠的单个结发展到坚固、复杂的三维集成电路，该集成电路具有 300,000 多个结，可产生高达 10 V 的精密交流电压。以下是它们的故事。正如本书其他章节所述，厘米大小的超导环可以承载
石墨烯生产或电气计量 - NIST 的 TSAPPS
自 1990 年以来，电阻尼特的表示一直基于二维电子态中发生的 QHE 的整数量化电阻平台。这些量化的电阻值为 RHU) = R'(.,JO/i，其中 R H 是量化的霍尔平台电阻 RK。!lQ 是 1990 年推荐的冯·克利青常数值，i 是整数量子数 [1]。在 1980 年发现 QHE 后的最初几年里，Si-MOSFET 和半导体异质结构（最常见的是 GaAs/Al,Ga(1)As）被用于计量表征和比较 [2-4]，最近，几家国家计量研究所已经开发和改进了生长半导体 QHE 器件的配方，适用于在相对较高的电流和弱磁场下进行精确的电阻计量 [5, 6]，因此该标准更容易获得并且在计量上更有用。11 不是一个简单的过程来生产在量子水平上经过良好量化的器件在源漏（-D）电流为 20 μJ 至 100 μJ 且温度为 T2:14 μJ 时，i = 2 平台在相对较低的磁通量（8 < 9 T）下工作。这要求 GaAs/AlxGa(I-x)As 异质结构中的材料成分难以复制，从而通过杂质故意降低电子迁移率以增加平台宽度，同时保持相对较高的载流子浓度 ['1]。此外，金属触点必须扩散到异质结构的器件层中，并且通常很难使用现代光刻技术获得多个高导电触点。自从使用微机械解理技术 [7] 发现石墨烯以来，已经开发出几种其他相对简单的方法来生产表现出 QHE 平台的碳基 2DEG（二维电子气）器件。单层石墨烯中独特的电子态产生了一些对基础物理来说最重要的特性，其中单粒子能带结构使电子和π都具有相对论狄拉克费米子的特性，例如，最低的Landa能级之间的间隔非常大。对于一些单层石墨烯器件，这有助于扩大i = 2 QHE平台的o（钉扎）[8, 9]，并可能导致器件在比传统半导体QHE器件高得多的温度、更高的电流或更低的场下实现良好的量化，以进行精密计量。此外，在暴露表面上直接制造电极允许在各种配置中进行电子传输测量。与异质结构器件（其中2DEG埋在半导体内部）不同，石墨烯器件中的导电通道可以位于衬底的表面上，因此可以使用表面科学技术对其进行微观扫描和表征。通过使用原子力显微镜（AFM）、低能电子显微镜（LEEM）[10]、扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）[11J和拉曼光谱，石墨烯器件可以收集石墨烯中异常QHE状态下详细形态和微观电子结构之间关系的数据。