Квантовая запутанность впервые обнаружена в сантиметровом кристалле странного металла

Квантовая запутанность — явление, при котором две или более частицы остаются взаимосвязанными независимо от расстояния. Обычно её наблюдают в микроскопических системах: парах фотонов или атомов, изолированных от внешней среды. Но теперь учёные доказали, что запутанность возможна и в макроскопических объектах.

Исследователи изучили кристалл странного металла CePd₃Si₂ — соединения церия, палладия и кремния. «Странные металлы» обладают необычными электронными свойствами, которые пока не до конца объяснены: их электроны сильно коррелированы и не подчиняются стандартной теории металлов.

Как обнаружили запутанность в твёрдом теле?

Учёные применили метод из квантовой теории информации — квантовую информацию Фишера. Эта величина показывает, насколько чувствительна квантовая система к изменению внешних условий. У независимых частиц отклик ограничен, но при запутанности вся система реагирует сильнее, чем сумма отдельных частей.

Кристалл облучали нейтронами и измеряли его отклик. В обычном материале нейтрон передаёт энергию отдельной частице, но в данном случае анализ данных с помощью квантовой информации Фишера выявил коллективный отклик, невозможный для независимых частиц. «Группы как минимум из девяти квантово-запутанных сущностей действуют сообща», — пояснил аспирант Федерико Мацца.

Значение открытия для квантовых технологий

До сих пор квантовую запутанность в твёрдых телах удавалось наблюдать лишь косвенно. Это исследование — первое прямое количественное определение запутанности в странном металле. Оно устанавливает мост между физикой твёрдого тела и квантовой физикой.

Повышенная чувствительность запутанных систем полезна для квантовой метрологии — сверхточных измерений. В будущем учёные планируют выяснить, можно ли использовать странные металлы для создания датчиков нового поколения. Работа опубликована в журнале Nature Physics.