韩研究团队立功了…成功测量出仅为头发丝粗细一百万分之一的“量子距离”
刊登于《Science》
延世大学教授 Kim Geunsoo、首尔大学教授 Yang Beomjeong
提升量子计算机与传感器精度的基础技术
量子距离测量示意图。两颗黄色小球代表电子，下方的白色刻度线表示用于测量距离的“尺子”。表示电子之间相似性的量子距离与实际空间距离略有不同，但这幅图用于直观呈现“量子距离测量”的概念。图片由延世大学教授 Kim Geunsu 提供
View original image韩国国内研究团队成功首次直接测量出固体材料中电子的“量子距离”。这是将比头发丝细一百万倍、比原子还小的微观世界中的距离数值化并加以测量的技术。这一成果被评价为有望把量子计算、量子传感等下一代量子技术的精密度提升一个台阶的基础技术。
科学技术信息通信部6日表示，延世大学 Kim Geunsoo 教授研究团队与首尔大学 Yang Beomjeong 教授研究团队联合，成功实现了对固体中电子量子距离的完整测量。研究结果刊登在当地时间5日出版的世界顶级学术期刊《科学》（Science）上。
量子距离是表示粒子之间“相似性”的物理量。两粒子完全相同时为0，完全不同时则接近1。它是可以精确追踪电子、原子等极微小粒子之间状态变化的手段，也是分析量子运算精确度和物质特性的必备信息。
此前，这一数值仅能通过理论推算或近似测量来得到。然而本次研究以一种名为黑磷（black phosphorus）的特殊材料为对象，通过直接测量相位差，成功将量子距离以数值形式提取出来。尤其是该成果建立在实验与理论超过10年的紧密积累基础之上，因此备受学界关注。
Yang 教授团队从理论上揭示了黑磷中电子之间的量子距离由相位差决定，Kim 教授团队则利用放射光加速器开展“角分辨光电子能谱（ARPES）”实验，实测了这一相位差。由此突破了既有的间接测量局限，首次实现了对“量子距离”的完全数值化。
Kim Geunsoo 教授表示：“就像建筑时精密测量是必不可少的一样，要实现无误运行的量子技术，必须首先准确测量量子距离”，“此次研究成果有望作为基础工具，被广泛应用于量子计算、量子传感等各类量子技术领域。”
本次研究在科学技术信息通信部“领军研究”“先导研究中心”项目资助下开展。主要作者包括延世大学 Kim Geunsoo 教授、首尔大学 Yang Beomjeong 教授，以及研究员 Kim Seonje、Jeong Yuna、Yu Ting Qian 等。
Yang 教授表示：“这一成果有望成为量子几何学研究的基石”，“我们将把研究拓展到具有多样对称结构和电子特性的材料，目标是引领全球量子几何研究。”
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