Физики подтвердили наличие квантовой запутанности в кристалле длиной в несколько сантиметров. Рассматриваем, как исследователи применили квантовую информацию Фишера и нейтронную бомбардировку для фиксации коллективного поведения частиц в «странном металле».
Международная команда ученых, возглавляемая Венским техническим университетом, совершила значительное открытие, подтвердив существование высокой степени квантовой запутанности в макроскопическом объекте — кристалле «странного металла» длиной в несколько сантиметров. Это достижение создает прямую связь между физикой твердого тела и квантовой информацией, позволяя количественно оценить запутанность в материалах, которые можно держать в руках, сообщает Phys.org.
Вопрос о применимости законов квантовой механики к крупным объектам интересует физиков с времен Эрвина Шредингера. Однако подход группы профессора Сильке Бюлер-Пашен отличается. Исследователи не стремились поместить весь кристалл в состояние суперпозиции. Вместо этого они задавались вопросом: находятся ли его триллионы частиц в состоянии коллективной запутанности?
Теоретической основой послужила квантовая информация Фишера — концепция из области теории квантовой информации, которая количественно оценивает чувствительность системы к изменениям. Если частицы не запутаны, реакция системы ограничена. В то время как, если они связаны, вся система реагирует гораздо сильнее, чем сумма ее частей. Именно эту избыточную чувствительность и зафиксировали исследователи.
Для эксперимента был создан кристалл из церия, палладия и кремния — материала, известного как «странный металл» из-за своих необычных свойств. В Институте Лауэ — Ланжевена в Гренобле аспирант Федерико Мацца подвергал кристалл нейтронной бомбардировке.
Анализ данных с применением квантовой информации Фишера продемонстрировал неожиданный результат. В обычном материале нейтрон передает энергию одной частице. Однако в данном кристалле реакция указывала на то, что группы как минимум из девяти частиц функционировали как единое целое. «Мы обнаружили реакцию, которую невозможно объяснить с точки зрения независимых частиц. Это явные доказательства многочастичной квантовой запутанности в твердом теле», — заявляет Мацца.
Это открытие не только подтверждает базовый физический принцип, но и помогает осознать загадочное поведение «странных металлов», таких как их способность проводить электрический ток с невероятно низким уровнем шума. Ученые предполагают, что частицы согласуют свои действия благодаря запутанности, гасив флуктуации.
Следующим этапом станет исследование обратного влияния: возможно ли использовать уникальные свойства таких материалов в квантовых технологиях, к примеру, для создания сверхчувствительных датчиков в квантовой метрологии. Как заключает профессор Бюлер-Пашен, «это подтверждает, что наш подход — применение методов квантовой информатики для изучения материалов — может давать принципиально новые результаты».
Фото: hi-tech.mail.ru