Un equipo del National Institute of Standards and Technology (NIST), junto a varias universidades, ha desarrollado un prototipo cuántico capaz de medir voltios, ohmios y amperios de forma simultánea en un único sistema. Mediante la combinación del resistor cuántico anomalous Hall (QAHR) y el estándar de voltaje Josephson programable (PJVS), operando a temperaturas criogénicas extremas, este sistema promete redefinir las mediciones eléctricas con precisión absoluta, basada en constantes universales. Su impacto podría transformar la calibración industrial, la investigación y la tecnología electrónica en todo el mundo.

Una innovación histórica en metrología eléctrica

Durante más de un siglo, los laboratorios de metrología han usado equipos diferentes para calibrar voltios, ohmios y amperios. Aunque existen dispositivos como los multímetros o avómetros que parecen medirlo todo en un solo aparato, en realidad lo hacen con una precisión limitada y sin referencia a constantes universales.

En este contexto, el NIST, junto con investigadores de la Universidad de Stanford, la Universidad de Maryland y UCLA, ha logrado por primera vez integrar la medición de estas tres magnitudes en un mismo sistema cuántico, publicado en Nature Electronics. El logro no consiste solo en medir más cosas a la vez, sino en que lo hace con un nivel de precisión de referencia internacional, superando a cualquier equipo comercial.

La ciencia dentro del dispositivo cuántico

El prototipo combina dos elementos clave en el mismo criostato:

• El resistor cuántico anomalous Hall (QAHR), basado en el efecto Hall cuántico anómalo, que permite fijar una resistencia precisa en múltiplos exactos de la constante de Planck y la carga del electrón.

• El estándar de voltaje Josephson programable (PJVS), que genera voltajes determinados por la frecuencia de microondas aplicada, garantizando una exactitud absoluta.

Mediante la ley de Ohm, los investigadores aplicaron corrientes muy pequeñas, midieron el voltaje Hall resultante y lo compararon con el voltaje Josephson. Con este procedimiento pudieron calibrar corrientes en el rango de nanoamperios (hasta ~9,3 nA), logrando una incertidumbre de apenas 4,3 partes por millón.

Esta forma de medir no depende de resistencias calibradas en laboratorio ni de circuitos electrónicos convencionales, sino de constantes fundamentales. Por ello, cualquier laboratorio del mundo puede obtener resultados equivalentes si replica el mismo sistema.

Multímetros vs. dispositivo cuántico: diferencias clave

A simple vista puede parecer que un avómetro o multímetro digital ya hace lo mismo: medir voltaje, corriente y resistencia. Sin embargo, la diferencia entre ambos sistemas es enorme. Los multímetros son instrumentos de uso práctico, mientras que el dispositivo cuántico es una máquina de referencia absoluta, diseñada para fijar los estándares internacionales de las unidades eléctricas.

Tabla comparativa

Como explica el NIST, la diferencia es fundamental: un multímetro te dice que una pila tiene 1,47 V; el dispositivo cuántico te dice que ese voltaje corresponde exactamente a la relación entre la constante de Planck, la carga del electrón y una frecuencia de microondas.

Impacto futuro: de la criogenia al laboratorio cotidiano

El mayor obstáculo actual es que el sistema necesita operar a temperaturas cercanas a 0,01 K, lo que requiere criostatos grandes y costosos. Pero el panorama puede cambiar: nuevos materiales topológicos que muestren el efecto Hall cuántico a temperaturas más altas permitirán reducir drásticamente el tamaño y coste del sistema criogénico.

Si se logra esa miniaturización, laboratorios industriales y centros de investigación podrían disponer de sus propios equipos de referencia, evitando depender de envíos y calibraciones en laboratorios nacionales. Esto supondría un salto en autonomía tecnológica, costes y rapidez de verificación.

Además, al basarse en constantes físicas universales, se garantizaría que los estándares eléctricos son idénticos en todo el mundo, desde una fábrica de microchips en Corea hasta un hospital en Europa. Así, la innovación del NIST no solo es un avance técnico, sino también un elemento de soberanía tecnológica y armonización globa.

Conclusión

El desarrollo del primer dispositivo cuántico capaz de medir simultáneamente voltaje, corriente y resistencia es mucho más que un logro científico: representa el futuro de la metrología. Frente a los multímetros convencionales, que sirven como herramientas de trabajo, este sistema establece las bases para unificar las mediciones eléctricas bajo principios cuánticos universales. Aunque hoy sea un prototipo criogénico, la posibilidad de miniaturizarlo abre un horizonte de aplicaciones en industrias, telecomunicaciones, defensa y salud. Con este avance, medir electricidad ya no es solo una tarea técnica: se convierte en una ventana directa a las leyes fundamentales de la naturaleza.