ระบบหน่วยระหว่างประเทศ หรือเอสไอ (International System of Units, SI) ตามนิยามปี 2562 วางอยู่บนค่าคงที่ที่มีค่าแน่นอนจํานวน 7 ตัว ทําให้มาตรฐานการวัดระดับปฐมภูมิ (primary measurement standard) ของปริมาณฐานเดิมเปลี่ยนแปลง อาทิ มาตรฐานการวัดระดับปฐมภูมิของมวล ส่งผลกระทบต่อห่วงโซ่ความสามารถสอบกลับได้ทางมาตรวิทยา (metrological traceability chain) และลําดับชั้นการสอบเทียบ (calibration hierarchy) ทั้งนี้การเปลี่ยนนิยามเอสไอในปี 2562 ยังไม่สมบูรณ์เนื่องจากยังละค่าคงที่ caesium frequency ∆𝜈Cs ไว้ และค่าคงที่ของพลังค์ (Planck constant) ยังมีค่าความไม่แน่นอนสูงกว่าค่าเป้าหมายที่เคยกําหนดไว้
ดังนั้นประชาคมมาตรวิทยาระหว่างประเทศจึงเรียกร้องให้สถาบันมาตรวิทยาของประเทศต่าง ๆ ทําวิจัยเพื่อ
- นํานิยามเอสไอไปทําให้ประจักษ์ (SI realisation)
- สนับสนุนข้อมูลผลการทดลองที่จะทําให้การเปลี่ยนนิยามสมบูรณ์ การวิจัยมาตรฐานการวัดระดับปฐมภูมิในประเทศไทยจึงเกิดขึ้น
สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติได้เริ่มการวิจัยมาตรฐานการวัดระดับปฐมภูมิ 3 รายการ ได้แก่ นาฬิกาอะตอมเชิงแสงด้วยไอออนเย็นของธาตุอิตเทอร์เบียม (Ytterbium ion optical clock) สะพานไฟฟ้าอิมพิแดนซ์เชิงควอนตัม (quantum impedance bridge) และตราชั่งแบบคิบเบิล (Kibble balance) ซึ่งจะเป็นมาตรฐานการวัดระดับปฐมภูมิของ เวลา อิมพิแดนซ์และมวล
มาตรฐานการวัดทั้งสามรายการนี้เป็นระบบขนาดใหญ่ที่มีความซับซ้อน เกิดจากปรากฏการณ์ธรรมชาติเชิงควอนตัมที่มีลักษณะเฉพาะเจาะจงและคงตัว แล้วนํามาผนวกกับระบบวัดที่มีความไวอย่างยิ่ง เพื่อสําแดง หรือถ่ายทอดลักษณะเฉพาะเชิงควอนตัมมาเป็นสัญญาณที่สามารถนําไปใช้ประโยชน์ทางมาตรวิทยาต่อไป สำหรับงานวิจัยในปีนี้ประกอบด้วย
- การออกแบบและสร้างกับดักไอออนเย็นของธาตุอิตเทอร์เบียม รวมทั้งระบบวัดและควบคุมไอออน
- การออกแบบและสร้างระบบกําเนิดแรงดันไฟฟ้าจากปรากฏการณ์โจเซฟสัน และระบบวัดเพื่อถ่ายทอดค่าอิมพิแดนซ์
- การออกแบบและสร็างต้นแบบตราชั่งแบบคิบเบิล พิสัย 200 กรัม
ระบบกําเนิดแรงดันไฟฟ้าจากปรากฏการณ์โจเซฟสัน
แบบสามมิติของเครื่องชั่งคิบเบิ้ลขนาด 200 กรัม
โครงการวิจัยเหล่านี้ได้รับงบประมาณสนับสนุนจากหน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการพัฒนากำลังคน และทุนด้านการพัฒนาสถาบันอุดมศึกษา การวิจัยและการสร้างนวัตกรรม (บพค.) และกองทุนวิจัย EMPIR ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างองค์กรมาตรวิทยาแห่งยุโรป (EURAMET) และ Horizontal 2020
ผลลัพธ์ของโครงการเหล่านี้ช่วยให้เกิดเกิดความร่วมมือระหว่างสถาบันการศึกษาและหน่วยวิจัยในระดับนานาชาติ ทำให้นักวิจัยสามารถทำงานร่วมกันและสร้างผลงาน บทความวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับชาติและนานาชาติ และยังช่วยให้เกิดการพัฒนาองค์ความรู้ในการสร้างชิ้นงานร่วมกับภาคเอกชนในประเทศ ทำให้มีความสามารถสร้างเทคโนโลยีบางอย่างขึ้นใช้เอง และเป็นผู้นำในด้านนั้น พร้อมกันนั้นยังเป็นการกำหนดระบบโครงสร้างพื้นฐานทางการวัดเชิงควอนตัม เพื่อใช้เป็นมาตรฐานทางการวัดของประเทศ ทำให้ประเทศไทยมีมาตรฐานการวัดที่เทียบเท่ากับสากล