Un changement, à température nulle, de la structure qualitative de l'état fondamental d'un système, provoqué par un paramètre de contrôle non thermodynamique (par exemple intensité d'un couplage, pression ou champ) qui modifie l'hamiltonien et s'accompagne d'une fermeture de la lacune énergétique et de fluctuations sans échelle au point critique.

Principe

Ce sont les fluctuations quantiques et la modification des corrélations de l'état fondamental, et non l'agitation thermique, qui pilotent la transition ; le comportement critique est caractérisé par des lois d'échelle universelles en espace et en temps déterminées par la symétrie, la dimension et l'exposant critique dynamique.

Démonstration

Dans la chaîne d'Ising à champ transverse, le réglage du champ transverse au-delà d'une valeur critique fait passer le système d'un état fondamental ordonné à un état désordonné à T = 0, accompagné d'une fermeture de la lacune d'excitation et d'une divergence de la longueur de corrélation.

Mauvaise application

Qualifier de transition de phase quantique tout croisement abrupt à température finie ou transition thermiquement provoquée, ou ignorer la nécessité de la limite T→0 pour attribuer une réorganisation de l'état fondamental aux changements observés, conduit à une mauvaise identification.

Conséquence

Une identification correcte prédit une mise à l'échelle critique des observables, un comportement universel émergent et une région critique quantique à température finie où les fluctuations critiques quantiques dominent la thermodynamique et le transport.

Inversion

L'inversion est une transition de phase classique (thermique) dans laquelle la température, et non un paramètre de l'hamiltonien à T = 0, est la variable de contrôle et où les fluctuations thermiques déterminent l'échelle critique.

Limite

Définie strictement à température nulle pour des changements des propriétés de l'état fondamental ; son influence s'étend aux températures finies via l'éventail critique quantique, mais elle exclut les transitions purement dynamiques (par ex. changements transitoires hors équilibre) sauf si elles correspondent à une réorganisation de l'état fondamental.

Tension sémantique

Entre en tension conceptuelle avec les transitions de phase thermiques et avec les transitions dynamiques étudiées dans des systèmes entraînés ; elle se distingue aussi des phénomènes de crossover qui montrent de fortes réponses sans changement singulier de l'état fondamental.

Synthèse

Une transition de phase quantique est une modification singulière, à température nulle, de la structure de l'état fondamental induite par un paramètre non thermique de l'hamiltonien ; elle est gouvernée par des fluctuations quantiques, une mise à l'échelle universelle et une fermeture de lacune, laissant des traces mesurables à température finie.