Επιστήμονες ανίχνευσαν κβαντική διεμπλοκή σε κρύσταλλο ορατό με γυμνό μάτι

Φυσικοί ανίχνευσαν για πρώτη φορά άμεσα έναν υψηλό βαθμό κβαντικής διεμπλοκής σε έναν κρύσταλλο μεγέθους εκατοστού —ένα μακροσκοπικό αντικείμενο ορατό με γυμνό μάτι— αμφισβητώντας τις μακροχρόνιες υποθέσεις σχετικά με την κλίμακα στην οποία λειτουργεί η κβαντομηχανική.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στις 15 Ιουνίου στο Nature Physics, περιγράφει πώς μια ομάδα με επικεφαλής το TU Wien σε συνεργασία με το Rice University χρησιμοποίησε ένα πλαίσιο από τη θεωρία κβαντικών πληροφοριών που ονομάζεται κβαντική πληροφορία Fisher για να μετρήσει την πολυμερή διεμπλοκή σε έναν κρύσταλλο από δημήτριο, παλλάδιο και πυρίτιο. Ο κρύσταλλος ταξινομείται ως «παράξενο μέταλλο», μια κατηγορία υλικών των οποίων η ηλεκτρική συμπεριφορά αψηφά τη συμβατική κατανόηση.nature+1

Ομάδες τουλάχιστον εννέα διεμπλεκόμενων σωματιδίων

Στο Ινστιτούτο Laue-Langevin στη Γκρενόμπλ της Γαλλίας, ο υποψήφιος διδάκτορας Federico Mazza βομβάρδισε τον κρύσταλλο με νετρόνια και ανέλυσε την απόκριση του υλικού. «Σε ένα κανονικό υλικό, θα περίμενε κανείς ένα νετρόνιο να μεταφέρει την ενέργειά του σε ένα μεμονωμένο σωματίδιο», δήλωσε ο Mazza. «Όμως, αναλύοντας τα δεδομένα χρησιμοποιώντας την κβαντική πληροφορία Fisher, βρήκαμε μια απόκριση που δεν μπορεί να εξηγηθεί με όρους ανεξάρτητων σωματιδίων. Αντίθετα, υποδεικνύει ότι ομάδες τουλάχιστον εννέα κβαντικά διεμπλεκόμενων οντοτήτων δρουν συλλογικά».tuwien

Η διεμπλοκή κορυφώθηκε στο κβαντικό κρίσιμο σημείο —το κατώφλι στο οποίο το υλικό μεταβαίνει μεταξύ δύο κβαντικών φάσεων— παρέχοντας άμεσες αποδείξεις ότι οι κβαντικές συσχετίσεις εντείνονται σε αυτό το όριο.research+1

Μια γέφυρα μεταξύ κβαντικής πληροφορίας και φυσικής στερεάς κατάστασης

Το θεωρητικό θεμέλιο βασίζεται στο έργο του κβαντικού φυσικού του Ίνσμπρουκ, Peter Zoller, και της ομάδας του, οι οποίοι έδειξαν ότι η κβαντική πληροφορία Fisher μπορεί να αποκαλύψει τη διεμπλοκή σε μεγάλα συστήματα πολλών σωμάτων. «Για μια συλλογή ανεξάρτητων σωματιδίων, η απόκριση είναι περιορισμένη επειδή κάθε σωματίδιο συνεισφέρει από μόνο του», δήλωσε η καθηγήτρια Silke Bühler-Paschen από το Ινστιτούτο Φυσικής Στερεάς Κατάστασης του TU Wien. «Ωστόσο, εάν τα σωματίδια είναι διεμπλεκόμενα, ολόκληρο το σύστημα μπορεί να ανταποκριθεί πιο έντονα από το άθροισμα των επιμέρους μερών του».tuwien

Ο Fakher Assaad από το Πανεπιστήμιο του Βίρτσμπουργκ, επικεφαλής θεωρητικός της εργασίας, δήλωσε ότι τα ευρήματα δείχνουν πέρα από ένα μόνο υλικό. «Η ισχυρή διεμπλοκή φαίνεται να συνδέεται άμεσα με την ασυνήθιστη συμπεριφορά των παράξενων μετάλλων», είπε.tuwien

Προς τις κβαντικές τεχνολογίες

Η έρευνα βασίζεται σε μια συνεργασία του 2025 μεταξύ του TU Wien και του Rice University που διαπίστωσε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω των παράξενων μετάλλων με ασυνήθιστα χαμηλό θόρυβο. Η πρόσφατα μετρημένη διεμπλοκή προσφέρει μια πιθανή εξήγηση: τα σωματίδια συντονίζονται συλλογικά για να καταστείλουν τις διακυμάνσεις του ρεύματος.tuwien

Η Bühler-Paschen δήλωσε ότι ο επόμενος στόχος της ομάδας είναι να διερευνήσει εάν τα παράξενα μέταλλα θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογές στις κβαντικές τεχνολογίες, ιδιαίτερα σε μετρήσεις υψηλής ακρίβειας για την κβαντική μετρολογία.tuwien