摘要：日内瓦大学的科学家们成功在真实材料中观测到了长期存在于理论中的"量子度规"现象，这一突破性发现可能彻底改变我们对电子在量子材料中行为的理解，并为下一代超高速电子设备、无损电流传输和超导技术开辟全新路径。

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250905112310.htm

日内瓦大学的科学家们成功在真实材料中观测到了长期存在于理论中的"量子度规"现象，这一突破性发现可能彻底改变我们对电子在量子材料中行为的理解，并为下一代超高速电子设备、无损电流传输和超导技术开辟全新路径。

这项发表在《科学》杂志上的研究首次证实了一种能够扭曲电子运动轨迹的隐藏几何结构确实存在于现实世界的材料中。研究团队在钛酸锶和铝酸镧两种氧化物界面处成功检测到了这种量子度规效应，为这一曾被认为纯属理论构想的概念提供了实验证据。

从抽象理论走向现实应用

一窥隐藏的几何结构如何塑造量子材料中电子的运动。逆流而上的电子会感受到额外的阻力，从而揭示出量子度规。图片来源：© Xavier Ravinet – UNIG

量子度规这一概念最初在约20年前被提出，描述的是电子运动所处量子空间的曲率特性。这种几何结构能够影响电子的运动轨迹，其作用机制类似于爱因斯坦广义相对论中重力对光线传播路径的弯曲效应。然而长期以来，科学界一直缺乏在真实材料中观测和验证这种现象的实验手段。

日内瓦大学量子物质物理系主任安德里亚·卡维利亚教授指出，虽然量子度规的理论基础已经建立多年，但科学家们直到最近才开始深入探索其对物质特性的实际影响。这种理论与实践之间的鸿沟长期制约着相关研究的进展。

该研究的主要作者、日内瓦大学研究员贾科莫·萨拉解释了检测方法的核心原理：通过观察电子轨迹在量子度规和强磁场双重作用下发生的扭曲变化，研究团队得以揭示这种隐藏几何结构的存在。这种巧妙的实验设计为直接观测量子度规提供了可行的技术路径。

在实验过程中，研究团队发现当电子在材料中"逆流而上"移动时会感受到额外的阻力，这种现象正是量子度规存在的直接证据。这一发现不仅验证了理论预测，更重要的是为科学家提供了研究和操控量子材料电子行为的新工具。

重新定义材料特性认知

这项研究的另一个重要发现是量子度规并非某些特殊材料的独有特征，而是许多材料的固有属性。这一结论颠覆了此前科学界的普遍认知，表明量子几何效应在自然界中的普遍性远超预期。

研究团队通过精密的实验测量，成功展示了如何利用量子度规的存在来更精确地表征材料的光学、电子和传输特性。这种新的表征方法不仅提高了测量精度，还为理解复杂量子现象提供了全新视角。

量子度规的直接观测为科学家打开了一扇通往微观世界深层规律的大门。通过研究电子在这种隐藏几何结构中的运动模式，研究人员能够更深入地理解量子材料中的基本物理过程，这对于设计具有特定功能的新型量子器件具有重要意义。

技术革命的新起点

这一发现的技术应用前景极其广阔。在超高频电子器件领域，量子度规的控制和利用可能使设备在太赫兹频率下正常工作成为现实。太赫兹技术被认为是下一代通信和数据处理系统的关键技术，其应用将带来数据传输和处理速度的革命性提升。

在超导技术方面，对量子度规的深入理解可能有助于开发新型高温超导材料。超导现象本身就涉及复杂的量子多体效应，而量子度规作为描述量子空间几何特性的重要参数，其在超导机制中的作用值得进一步探索。

光与物质相互作用领域也将从这一发现中受益。量子度规对电子运动轨迹的影响将直接影响材料的光学响应特性，这为开发新型光电子器件和量子光学应用提供了理论基础和实验指导。

研究团队强调，量子几何的广泛存在性意味着科学家可以在更多材料体系中探索和利用这些效应。这不仅扩大了潜在应用材料的范围，也为通过材料设计来调控量子度规提供了可能性。

面向未来的量子技术

当前全球范围内的量子技术竞争日趋激烈，各国都在加大对量子计算、量子通信和量子传感等领域的投入。这项关于量子度规的突破性发现为这场技术竞赛注入了新的动力和方向。

通过对量子几何的精确控制，科学家有望设计出具有前所未有性能的量子器件。例如，利用量子度规效应可能开发出几乎无能耗的电子传输通道，或者创造出响应速度极快的量子开关器件。

这一发现也为量子材料的设计提供了新的思路。传统的材料设计主要关注原子排列和化学键合，而量子度规的引入使得科学家需要同时考虑电子运动的几何约束。这种多维度的设计理念将推动材料科学进入新的发展阶段。

日内瓦大学与意大利研究机构的合作模式也体现了国际科研合作在推进前沿科学研究中的重要作用。萨勒诺大学的卡迈恩·奥蒂克斯教授和意大利CNR-SPIN研究所的参与为这项研究提供了理论支撑和技术支持。

展望未来，量子度规研究将继续深入，科学家们将探索如何在更多材料体系中实现对量子几何的精确测量和调控。随着实验技术的不断改进和理论模型的日趋完善，量子度规有望成为下一代量子技术发展的核心要素之一。

这项研究成果标志着人类对量子世界认知的又一次重大飞跃，从发现量子度规的存在到实现其实际应用，科学家们正在为构建量子技术的未来奠定坚实基础。

来源：人工智能学家