Международная группа ученых под руководством Венского технического университета совершила прорыв, доказав существование высокой степени квантовой запутанности в макроскопическом объекте — кристалле «странного металла» размером в несколько сантиметров. Это открытие устанавливает прямую связь между физикой твердого тела и квантовой информацией, позволяя количественно оценивать запутанность в материалах, которые можно держать в руке, пишет Phys.org.
Вопрос о применимости законов квантовой механики к крупным объектам волнует физиков со времен Эрвина Шредингера. Однако подход команды профессора Сильке Бюлер-Пашен отличается. Ученые не пытались поместить весь кристалл в состояние суперпозиции. Вместо этого они задались вопросом: находятся ли его триллионы частиц в состоянии коллективной запутанности?
Теоретической основой послужила квантовая информация Фишера — концепция из теории квантовой информации, которая количественно определяет чувствительность системы к изменениям. Если частицы не запутаны, реакция системы ограничена. Если же они связаны, вся система реагирует гораздо сильнее, чем сумма ее частей. Именно эту избыточную чувствительность и зафиксировали ученые.
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 бомбардировал кристалл нейтронами.
Анализ данных с помощью квантовой информации Фишера показал неожиданный результат. В обычном материале нейтрон передает энергию одной частице. В этом же кристалле реакция указывала на то, что группы как минимум из девяти частиц действовали как единое целое. «Мы обнаружили реакцию, которую нельзя объяснить с точки зрения независимых частиц. Это прямые доказательства многочастичной квантовой запутанности в твердом теле», — говорит Мацца.
Открытие не только подтверждает фундаментальный физический принцип, но и помогает объяснить загадочное поведение «странных металлов», например, их способность проводить ток с удивительно низким уровнем шума. Ученые предполагают, что частицы координируют свои действия благодаря запутанности, подавляя флуктуации.
Следующим шагом станет исследование обратного влияния: можно ли использовать уникальные свойства таких материалов в квантовых технологиях, например, для создания сверхчувствительных датчиков в квантовой метрологии. Как заключает профессор Бюлер-Пашен, «это подтверждает, что наш подход — использование методов квантовой информатики для изучения материалов — может давать принципиально новые результаты».
Ранее российские физики раскрыли гармонию пылевой плазмы. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru