Висока степен на квантово вплитане за първи път в кристал от 1 см от странен метал

Ваня Милева Последна промяна на 18 June 2026 в 07:15 454 0

Визуализация на засилено вплитане от много частици в сценария на разрушение Кондо.

Кредит Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03298-0
Визуализация на засилено вплитане от много частици в сценария на разрушение Кондо.

Много квантови ефекти могат да бъдат наблюдавани, само когато се изследва малък брой частици – например отделни атоми, молекули или фотони, внимателно екранирани от останалия свят. Но могат ли и макроскопичните обекти, състоящи се от невъобразимо голям брой частици, да проявяват ефекти, които предоставят директен поглед към квантовия свят?

Експериментатори от ТУ Виена вече са показаха, че това е възможно: Изследван е кристал с размер сантиметър от странен метал, направен от церий, паладий и силиций, и е открита висока степен на квантово вплитане. Това е станало възможно благодарение на ясно дефиниран метод от квантовата теория на информацията: квантовата информация на Фишер.

Квантова Фишерова информация

Квантовата Фишерова информация (QFI) представлява крайъгълен камък на квантовата метрология, предлагайки количествена мярка за чувствителността на квантово състояние към промени във външен параметър. За разлика от класическия си аналог, QFI използва уникални квантови характеристики – най-вече заплитането и кохерентността – за да постигне прецизност отвъд класическите граници.

В основата си QFI се отнася до статистическата различимост на съседни квантови състояния при безкрайно малки промени на параметрите. По-високата QFI предполага по-тясна долна граница на грешката в оценката.

Тази рамка е в основата на реални усилия като магнитометрия с висока резолюция, оптична интерферометрия и отчитане на времето с атомни часовници. В практически условия постигането на ограничена от Хайзенберг прецизност често зависи от подготовката на заплетени състояния на сондата и запазването им от декохерентност.

Съвременните изследвания са задълбочили разбирането за това как взаимодействията в околната среда – независимо дали става въпрос за топлинен шум, вакуумни флуктуации или структурирани фотонни резервоари – влияят на динамиката на QFI. Постигнат е напредък и в удължаването на кохерентността, както и в приспособяването на връзките система-среда за оптимизиране на чувствителността на параметрите.

Това установява нов мост между физиката на твърдото тяло и квантовата физика: квантовото заплитане може да бъде директно количествено определено в макроскопичен материал от странен метал. Статията е публикувана в списание Nature Physics.

Котки или мравки?

Въпросът дали странните твърдения на квантовата теория могат да се приложат и към големи, макроскопични обекти е почти толкова стар, колкото самата квантова теория. Ервин Шрьодингер е задал известният въпрос дали една котка може да бъде едновременно мъртва и жива. Оттогава много експерименти са се опитвали да генерират квантови ефекти умишлено във все по-големи системи.

"Нашият подход е различен", обяснява проф. Силке Бюлер-Пашен (Silke Bühler-Paschen) от Института по физика на твърдото тяло към ТУ Виена. "Ние не се опитваме да доведем кристала като цяло в суперпозиция от две състояния. А се питаме дали неговите съставни части са – колективно – в такова състояние на вплитане."

Следователно експериментът напомня не толкова на котката на Шрьодингер, а по-скоро на мравуняк: Когато той е разтревожен, не реагира една-единствена мравка, а цялата колония колективно.

Информация за квантовата Фишерова технология: Вплитането повишава чувствителността

Теоретичната основа за този подход е разработена от квантовия физик от Инсбрук Петер Цолер (Peter Zoller) и неговия екип. Те са показали, че концепцията за квантовата Фишерова информация може да се използва за откриване на квантово вплитане дори в големи системи от много частици.

"Квантовата информация на Фишър количествено определя колко чувствително реагира една квантова система на промяна", обяснява Бюлер-Пашен. "За колекция от независими частици, отговорът е ограничен, защото всяка частица допринася самостоятелно. Ако обаче частиците са вплетени, цялата система може да реагира по-силно от сбора на отделните ѝ части."

"Тази повишена чувствителност е именно това, което прави вплитането толкова ценен ресурс за квантовата метрология, където целта е да се откриват изключително малки сигнали с възможно най-висока прецизност. Чрез измерване на това колко силно системата реагира на смущение, може да се заключи степента на вплитане, присъстваща в материала."

Екипът на ТУ Виена е създал кристал, направен от церий, паладий и силиций - странен метал, за който вече е известно, че проявява изключително интригуващи квантови свойства, много от които все още не са напълно изяснени. В научния институт "Лауе-Ланжевен" в Гренобъл, докторантът Федерико Маца (Federico Mazza) бомбардира кристала с неутрони и измерва как реагира материалът.

Един неутрон задава въпрос - поне девет частици отговарят

"В нормален материал би се очаквало неутронът да предаде енергията си на отделна частица", разказва Маца. "Но чрез анализ на данните, използвайки квантовата Фишерова информация, открихме отговор, който не може да бъде обяснен от гледна точка на независими частици. Това показва, че групи от поне девет квантово вплетени обекта действат колективно."

Това предоставя директни доказателства за високо квантово вплитане на много частици в твърдо тяло – макроскопичен обект, достатъчно голям, за да се държи удобно в ръка.

Предистория: Изследване на странни метали

Научната мотивация за изследването е да се разбере по-добре поведението на кристала от странен метал – поведение, което се наблюдава и при други класове материали, като например високотемпературни свръхпроводници. През последните години изследванията по тази тема се засилват и наяве излизат все повече необичайни свойства.

В сътрудничество между ТУ Виена и Университета "Райс" в Съединените щати, през 2025 г. е установено, че електрическият ток протича през такива материали по удивително "тих" и нискошумен начин. Откритието на вплитането сега предоставя ново възможно обяснение за това явление: Частиците не са изчезнали, а се координират, за да потиснат флуктуациите на тока.

"Тук виждаме не детайл от един конкретен материал, а общ физически принцип", посочва Фахер Асад (Fakher Assaad) от Университета във Вюрцбург, водещ теоретик на работата. "Силното заплитане изглежда е пряко свързано с необичайното поведение на странни метали."

"Резултатите са голям успех за нас", отбелязва Бюлер-Пашен. "Те потвърждават, че нашият необичаен подход за използване на методи от квантовата информационна наука за изследвания на нови материали в областта на физиката на твърдото тяло може да разкрие фундаментално нови прозрения."

"Искаме трансферът на знания между двете области да работи и в обратната посока. Нашата цел е да проучим дали странни метали един ден могат да намерят приложения в квантовите технологии – например във високоточни измервания за квантова метрология", посочва следващата цел професор Бюлер-Пашен.

Справка: Federico Mazza et al, Quantum Fisher information in a strange metal, Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03298-0

Източник: High degree of quantum entanglement detected for first time in centimeter-sized crystal of strange metal, Vienna University of Technology

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Физика

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !