Wissenschaftler weisen Quantenverschränkung in einem mit bloßem Auge sichtbaren Kristall nach

Physiker haben erstmals direkt einen hohen Grad an Quantenverschränkung in einem zentimetergroßen Kristall nachgewiesen – einem makroskopischen Objekt, das mit bloßem Auge sichtbar ist – und damit lang gehegte Annahmen über den Maßstab, in dem die Quantenmechanik operiert, infrage gestellt.

Die am 15. Juni in Nature Physics veröffentlichte Studie beschreibt, wie ein Team unter der Leitung der TU Wien in Zusammenarbeit mit der Rice University einen Rahmen aus der Quanteninformationstheorie namens Quanten-Fisher-Information nutzte, um die multipartite Verschränkung in einem Kristall aus Cer, Palladium und Silizium zu messen. Der Kristall wird als "seltsames Metall" klassifiziert, eine Kategorie von Materialien, deren elektrisches Verhalten sich dem konventionellen Verständnis entzieht.nature+1

Gruppen von mindestens neun verschränkten Teilchen

Am Institut Laue-Langevin in Grenoble, Frankreich, beschoss der Doktorand Federico Mazza den Kristall mit Neutronen und analysierte die Reaktion des Materials. "In einem normalen Material würde man erwarten, dass ein Neutron seine Energie auf ein einzelnes Teilchen überträgt", sagte Mazza. "Aber durch die Analyse der Daten mittels der Quanten-Fisher-Information fanden wir eine Reaktion, die nicht durch unabhängige Teilchen erklärt werden kann. Stattdessen deutet sie darauf hin, dass Gruppen von mindestens neun quantenverschränkten Einheiten kollektiv agieren."tuwien

Die Verschränkung erreichte ihren Höhepunkt am Quantenkritischen Punkt – der Schwelle, an der das Material zwischen zwei Quantenphasen wechselt –, was den direkten Beweis liefert, dass sich Quantenkorrelationen an dieser Grenze intensivieren.research+1

Eine Brücke zwischen Quanteninformation und Festkörperphysik

Die theoretische Grundlage stützt sich auf Arbeiten des Innsbrucker Quantenphysikers Peter Zoller und seines Teams, die zeigten, dass Quanten-Fisher-Information Verschränkung in großen Vielteilchensystemen aufdecken kann. "Für eine Ansammlung unabhängiger Teilchen ist die Reaktion begrenzt, da jedes Teilchen für sich allein beiträgt", sagte Prof. Silke Bühler-Paschen vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien. "Wenn die Teilchen jedoch verschränkt sind, kann das gesamte System stärker reagieren als die Summe seiner einzelnen Teile."tuwien

Fakher Assaad von der Universität Würzburg, der leitende Theoretiker der Arbeit, sagte, die Ergebnisse wiesen über ein einzelnes Material hinaus. "Starke Verschränkung scheint direkt mit dem ungewöhnlichen Verhalten seltsamer Metalle verknüpft zu sein", sagte er.tuwien

Auf dem Weg zu Quantentechnologien

Die Forschung baut auf einer Zusammenarbeit zwischen der TU Wien und der Rice University aus dem Jahr 2025 auf, bei der festgestellt wurde, dass elektrischer Strom durch seltsame Metalle auf ungewöhnlich rauscharme Weise fließt. Die neu gemessene Verschränkung bietet eine mögliche Erklärung: Teilchen koordinieren sich kollektiv, um Stromschwankungen zu unterdrücken.tuwien

Bühler-Paschen sagte, das nächste Ziel des Teams sei es zu erforschen, ob seltsame Metalle Anwendungen in Quantentechnologien finden könnten, insbesondere bei hochpräzisen Messungen für die Quantenmetrologie.tuwien