Forskare upptäcker kvantsammanflätning i kristall synlig för blotta ögat

Fysiker har för första gången direkt detekterat en hög grad av kvantsammanflätning i en kristall i centimeterstorlek – ett makroskopiskt objekt synligt för blotta ögat – vilket utmanar långvariga antaganden om den skala på vilken kvantmekaniken verkar.

Studien, som publicerades den 15 juni i Nature Physics, beskriver hur ett team lett av TU Wien i samarbete med Rice University använde ett ramverk från kvantinformationsteorin kallat kvant-Fisher-information för att mäta flerpartikelsammanflätning i en kristall gjord av cerium, palladium och kisel. Kristallen klassificeras som en "konstig metall", en kategori av material vars elektriska beteende trotsar konventionell förståelse.nature+1

Grupper av minst nio sammanflätade partiklar

Vid Institut Laue-Langevin i Grenoble, Frankrike, bombarderade doktoranden Federico Mazza kristallen med neutroner och analyserade materialets respons. "I ett normalt material skulle man förvänta sig att en neutron överför sin energi till en enskild partikel", sa Mazza. "Men genom att analysera data med hjälp av kvant-Fisher-information fann vi en respons som inte kan förklaras i termer av oberoende partiklar. Istället indikerar det att grupper av minst nio kvantsammanflätade enheter agerar kollektivt."tuwien

Sammanflätningen nådde sin topp vid den kvantkritiska punkten – tröskeln där materialet övergår mellan två kvantfaser – vilket ger direkta bevis på att kvantkorrelationer intensifieras vid denna gräns.research+1

En bro mellan kvantinformation och fasta tillståndets fysik

Den teoretiska grunden bygger på arbete av kvantfysikern Peter Zoller från Innsbruck och hans team, som visade att kvant-Fisher-information kan avslöja sammanflätning i stora mångpartikelsystem. "För en samling oberoende partiklar är responsen begränsad eftersom varje partikel bidrar på egen hand", sa professor Silke Bühler-Paschen vid TU Wiens institut för fasta tillståndets fysik. "Men om partiklarna är sammanflätade kan hela systemet reagera starkare än summan av sina individuella delar."tuwien

Fakher Assaad vid universitetet i Würzburg, huvudteoretiker för arbetet, sa att resultaten pekar bortom ett enskilt material. "Stark sammanflätning verkar vara direkt kopplad till det ovanliga beteendet hos konstiga metaller", sa han.tuwien

Mot kvantteknologier

Forskningen bygger på ett samarbete från 2025 mellan TU Wien och Rice University som fann att elektrisk ström flyter genom konstiga metaller på ett ovanligt brusfritt sätt. Den nymätta sammanflätningen erbjuder en möjlig förklaring: partiklar koordinerar kollektivt för att undertrycka strömsvängningar.tuwien

Bühler-Paschen sa att teamets nästa mål är att utforska om konstiga metaller kan hitta tillämpningar inom kvantteknologier, särskilt högprecisionsmätningar för kvantmetrologi.tuwien