Forskere oppdager kvantesammenfiltring i krystall synlig for det blotte øye

Fysikere har for første gang direkte detektert en høy grad av kvantesammenfiltring i en krystall på størrelse med en centimeter – et makroskopisk objekt synlig for det blotte øye – noe som utfordrer langvarige antakelser om skalaen kvantemekanikken opererer på.

Studien, publisert 15. juni i Nature Physics, beskriver hvordan et team ledet av TU Wien i samarbeid med Rice University brukte et rammeverk fra kvanteinformasjonsteori kalt kvante-Fisher-informasjon for å måle flerpartikkel-sammenfiltring i en krystall laget av cerium, palladium og silisium. Krystallen er klassifisert som et «rart metall», en kategori materialer hvis elektriske oppførsel trosser konvensjonell forståelse.nature+1

Grupper på minst ni sammenfiltrede partikler

Ved Institut Laue-Langevin i Grenoble, Frankrike, bombarderte doktorgradsstudent Federico Mazza krystallen med nøytroner og analyserte materialets respons. «I et normalt materiale ville man forvente at et nøytron overfører energien sin til en individuell partikkel,» sa Mazza. «Men ved å analysere dataene ved hjelp av kvante-Fisher-informasjon, fant vi en respons som ikke kan forklares i form av uavhengige partikler. I stedet indikerer det at grupper på minst ni kvantesammenfiltrede enheter handler kollektivt.»tuwien

Sammenfiltringen nådde toppen ved det kvantekritiske punktet – terskelen der materialet går over mellom to kvantefaser – noe som gir direkte bevis på at kvantekorrelasjoner intensiveres ved denne grensen.research+1

En bro mellom kvanteinformasjon og faststoffysikk

Det teoretiske grunnlaget bygger på arbeid av kvantefysiker Peter Zoller fra Innsbruck og hans team, som viste at kvante-Fisher-informasjon kan avsløre sammenfiltring i store mange-partikkel-systemer. «For en samling uavhengige partikler er responsen begrenset fordi hver partikkel bidrar på egen hånd,» sa professor Silke Bühler-Paschen ved TU Wiens institutt for faststoffysikk. «Men hvis partiklene er sammenfiltret, kan hele systemet reagere sterkere enn summen av sine individuelle deler.»tuwien

Fakher Assaad ved Universitetet i Würzburg, hovedteoretiker for arbeidet, sa at funnene peker utover et enkelt materiale. «Sterk sammenfiltring ser ut til å være direkte knyttet til den uvanlige oppførselen til rare metaller,» sa han.tuwien

Mot kvanteteknologier

Forskningen bygger på et samarbeid fra 2025 mellom TU Wien og Rice University som fant at elektrisk strøm flyter gjennom rare metaller på en uvanlig støysvak måte. Den nymålte sammenfiltringen gir en mulig forklaring: partikler koordinerer kollektivt for å undertrykke strømsvingninger.tuwien

Bühler-Paschen sa at teamets neste mål er å utforske om rare metaller kan finne anvendelser i kvanteteknologier, spesielt høypresisjonsmålinger for kvantemetrologi.tuwien