瑞士日內瓦大學（UNIGE）的研究人員與薩萊諾大學及義大利CNR-SPIN研究所的合作夥伴，在2025年於《Science》期刊發表了一項開創性研究，首次提供了量子材料中基本幾何特性的實驗證據。這項發現揭示了電子在這些材料中的運動路徑，其彎曲方式令人聯想到重力如何影響光線，為量子物理學開闢了新的視角，並有望加速下一代電子設備的發展，使其能以前所未有的速度運行。
此項突破的核心是「量子度規」（quantum metric）的概念，它量化了電子所處的量子空間的曲率。儘管量子力學傳統上透過波函數和機率來描述粒子行為，量子度規卻揭示了一種影響這些波函數的隱藏幾何結構。此幾何面向的理論已醞釀超過二十年，而此次則是首次成功偵測到其在現實世界中的效應，這在凝聚態物理學領域標誌著一個重要的里程碑。
研究團隊聚焦於鈦酸ストロンチウム（SrTiO₃）與鋁酸鑭（LaAlO₃）的界面，此界面以其獨特的電子氣體和電子特性而聞名。透過施加強大的磁場，研究人員刻意扭曲了電子的軌跡。這些扭曲暴露了量子度規先前未被察覺的微妙但關鍵的影響，從而提供了對複雜材料中電子傳輸機制的新見解。
這種對電子路徑的控制對於設計用於超高速運算和高效率電力傳輸的材料至關重要。研究中將此現象與廣義相對論進行了引人注目的類比：正如巨大質量物體會彎曲時空一樣，量子度規會彎曲電子所佔據的抽象希爾伯特空間，進而影響其運動和相互作用。這種從重力幾何學到量子幾何學的概念轉變，為利用這些材料的內在特性來開發至關重要的超高頻（terahertz）通訊和量子資訊處理設備開闢了道路。
先前，量子幾何效應在實際材料中的作用在很大程度上仍屬推測。然而，日內瓦大學團隊將理論與實驗聯繫起來，提供了令人信服的證據，表明量子度規是許多量子材料的內在屬性，而非僅是數學上的奇觀。這挑戰了先前的假設，並暗示未來的材料設計必須納入這些幾何效應，才能充分發揮其潛力。
此外，研究還指出，電子自旋與動量的鎖定（spin-momentum locking）是此幾何框架的重要組成部分。在量子度規的影響下，自旋與動量的相互作用導致電子傳輸性質出現意想不到的改變。這些改變可能在實現超越現有半導體技術的自旋電子器件方面發揮關鍵作用，進一步加深了量子幾何與實際電子響應之間的聯繫。
這項發現不僅增強了我們對量子材料的理解，更將量子幾何定位為材料創新的基石，有望在運算、電信等領域實現電子性能的重大飛躍。研究團隊的努力代表了將這些深刻的量子世界洞察轉化為實際技術的關鍵一步，預示著一個由幾何原理驅動的未來電子學新時代的來臨。