Mokslininkai aptiko kvantinį susietumą kristale, matomame plika akimi

Fizikai pirmą kartą tiesiogiai aptiko aukšto laipsnio kvantinį susietumą centimetro dydžio kristale – makroskopiniame objekte, matomame plika akimi, – taip keldami iššūkį ilgai gyvavusioms prielaidoms apie mastą, kuriuo veikia kvantinė mechanika.

Birželio 15 d. žurnale Nature Physics paskelbtame tyrime aprašoma, kaip TU Wien vadovaujama komanda, bendradarbiaudama su Rice universitetu, panaudojo kvantinės informacijos teorijos sistemą, vadinamą kvantine Fišerio informacija, kad išmatuotų daugiadalį susietumą kristale, pagamintame iš cerio, paladžio ir silicio. Kristalas klasifikuojamas kaip „keistas metalas“ – medžiagų kategorija, kurios elektrinis elgesys prieštarauja įprastam supratimui.nature+1

Mažiausiai devynių dalelių susietos grupės

Grenoblyje (Prancūzija) esančiame Laue-Langevin institute doktorantas Federico Mazza bombardavo kristalą neutronais ir analizavo medžiagos atsaką. „Įprastoje medžiagoje būtų galima tikėtis, kad neutronas perduos savo energiją atskirai dalelei“, – sakė Mazza. „Tačiau analizuodami duomenis naudodami kvantinę Fišerio informaciją, radome atsaką, kurio negalima paaiškinti nepriklausomų dalelių terminais. Vietoj to, tai rodo, kad mažiausiai devynių kvantiškai susietų vienetų grupės veikia kolektyviai.“tuwien

Susietumas pasiekė piką kvantiniame kritiniame taške – slenkstyje, kuriame medžiaga pereina tarp dviejų kvantinių fazių, – pateikdamas tiesioginių įrodymų, kad kvantinės koreliacijos sustiprėja šioje riboje.research+1

Tiltas tarp kvantinės informacijos ir kietojo kūno fizikos

Teorinis pagrindas remiasi Insbruko kvantinės fizikos specialisto Peterio Zollerio ir jo komandos darbu, kurie parodė, kad kvantinė Fišerio informacija gali atskleisti susietumą didelėse daugelio kūnų sistemose. „Nepriklausomų dalelių kolektyvui atsakas yra ribotas, nes kiekviena dalelė prisideda pati savaime“, – sakė TU Wien Kietojo kūno fizikos instituto profesorė Silke Bühler-Paschen. „Tačiau, jei dalelės yra susietos, visa sistema gali reaguoti stipriau nei atskirų jos dalių suma.“tuwien

Viurcburgo universiteto profesorius Fakheris Assaadas, pagrindinis šio darbo teoretikas, teigė, kad išvados peržengia vienos medžiagos ribas. „Stiprus susietumas atrodo tiesiogiai susijęs su neįprastu „keistų metalų“ elgesiu“, – sakė jis.tuwien

Kvantinių technologijų link

Tyrimas remiasi 2025 m. TU Wien ir Rice universiteto bendradarbiavimu, kurio metu nustatyta, kad elektros srovė „keistais metalais“ teka neįprastai mažai triukšmingai. Naujai išmatuotas susietumas siūlo galimą paaiškinimą: dalelės koordinuojasi kolektyviai, kad nuslopintų srovės svyravimus.tuwien

Bühler-Paschen teigė, kad kitas komandos tikslas – ištirti, ar „keisti metalai“ galėtų rasti pritaikymą kvantinėse technologijose, ypač didelio tikslumo matavimuose kvantinei metrologijai.tuwien