La distance quantique fait référence à une mesure de la similitude mécanique quantique entre deux états quantiques. Une distance quantique d'une signification que les deux états quantiques sont les mêmes, tandis qu'une distance quantique de zéro implique qu'elles sont exactement à l'opposé. Les physiciens ont introduit ce concept dans le domaine des sciences théoriques il y a longtemps, mais son importance n'a été de plus en plus reconnue dans le domaine de la physique que ces derniers temps.
Au cours des dernières années, de nombreux physiciens expérimentaux ont tenté de mesurer la distance quantique d'électrons dans les matériaux à l'état solide réels, mais une mesure directe de la distance quantique et donc du tenseur métrique quantique – une quantité géométrique clé dans la physique moderne définie en termes de distance entre les états quantiques à proximité – est resté insulsive jusqu'à présent.
Étant donné que le tenseur métrique quantique est très pertinent pour expliquer et comprendre les phénomènes physiques fondamentaux dans les solides, il est donc crucial de proposer une méthodologie efficace pour sa mesure directe dans les systèmes à l'état solide.
Dans une récente percée dans la physique quantique théorique et expérimentale, une équipe internationale de chercheurs de la République de Corée et des États-Unis, dirigée par Keun Su Kim, un professeur distingué de la physique de l'université de Yonsei de la Distance du Centre de la Bandstruct. Leurs résultats ont été mis à disposition en ligne et publiés dans la revue Science le 5 juin 2025.
La recherche a été menée en étroite collaboration entre un groupe expérimental dirigé par le professeur Kim avec Yoonah Chung et Soobin Park à l'Université Yonsei et un groupe théorique dirigé par le professeur Bohm-Jung Yang avec Sunje Kim et Yuting Qian à l'Université nationale de Seoul.
According to Prof. Kim, « The theory group found that one of the elemental layered crystals, black phosphorus, is an ideal material to study the quantum distance of electrons owing to its structural simplicity. Based on this input, the experimental group measured the quantum distance of electrons in black phosphorus using the momentum space distribution of the pseudospin texture of the valence band from the polarization dependence of angle-resolved photoemission spectroscopy technique et rayonnement synchrotron via une source de lumière avancée aux États-Unis «
De cette façon, les chercheurs ont mesuré avec succès les tenseurs métriques quantiques complets des électrons Bloch dans les solides en phosphore noir pour la première fois.
« La mesure de la distance quantique est fondamentalement importante non seulement pour comprendre les phénomènes quantiques anormaux dans les solides, y compris des phénulteurs spéciaux tels que les supraconducteurs, mais aussi pour faire progresser nos sciences et technologies quantiques. Par exemple, une mesure précise des distances quantiques aiderait à développer des technologies de calcul quantique tolérantes à des failles », explique le professeur Kim.
Comme il est d'une importance fondamentale pour comprendre les matériaux au niveau mécanique quantique, la distance quantique est l'une des pierres angulaires avec lesquelles nous pouvons comprendre pleinement les phénomènes quantiques complexes de solides. Ce type de recherche nous conduira à de meilleures technologies de semi-conducteurs, à des supraconducteurs de plus en plus température à transition et à des ordinateurs quantiques supérieurs sur des ordinateurs conventionnels.
Dans l'ensemble, ce travail devrait fournir des informations sur les réponses géométriques quantiques dans une large classe de systèmes cristallins et éventuellement ouvrir la voie à un avenir dirigé par la technologie quantique.
