Физики из Венского технического университета впервые экспериментально подтвердили существование сильной квантовой запутанности в макроскопическом объекте — кристалле странного металла размером в несколько сантиметров. Вместо «кота Шрёдингера» исследователи предлагают метафору «муравейника», где колония реагирует как единое целое.
Международная группа ученых совершила прорыв на стыке физики твердого тела и квантовой информатики. Экспериментаторы из Венского технического университета исследовали кристалл так называемого странного металла, состоящий из церия, палладия и кремния, и обнаружили в нем высокую степень квантовой запутанности.
Размер образца — несколько сантиметров, что делает его макроскопическим объектом, который можно спокойно удержать в ладони. Ранее считалось, что подобные эффекты проявляются лишь на уровне отдельных атомов или молекул, тщательно изолированных от внешней среды.
Ключевым инструментом работы стала квантовая информация Фишера — математическая величина, позволяющая количественно оценить чувствительность системы к внешним возмущениям. Как пояснила профессор Сильке Бюлер-Пашен, если частицы независимы, их совокупный отклик ограничен суммой индивидуальных вкладов. Но когда частицы запутаны, система может реагировать намного сильнее, чем это позволяет классическая физика. Именно эту аномальную чувствительность и зафиксировали исследователи. Теоретическую основу метода разработали квантовые физики из Инсбрукского университета во главе с Петером Цоллером.
В ходе эксперимента аспирант Федерико Мацца бомбардировал кристалл нейтронами на установке в Институте интегративной медицины в Гренобле. Анализ данных показал, что отклик материала нельзя объяснить поведением независимых частиц — он указывает на то, что группы как минимум из девяти квантово-запутанных сущностей действуют скоординированно. Профессор Бюлер-Пашен сравнила этот эффект с муравейником: когда тревожат колонию, реагирует не отдельный муравей, а вся популяция целиком. Эта метафора противопоставляется знаменитому мысленному эксперименту Эрвина Шрёдингера с котом, который одновременно жив и мертв.
Открытие не только подтверждает фундаментальные принципы квантовой механики, но и имеет практическое значение. Странные металлы демонстрируют необычные свойства, включая аномально «тихое» протекание электрического тока — этот феномен был обнаружен годом ранее в совместной работе Венского технического университета и Университета Райса. Теперь выяснилось, что квантовая запутанность может быть причиной подавления флуктуаций тока. Как отмечает теоретик Фахер Ассаад из Вюрцбургского университета, речь идет не о частном случае, а об общем физическом принципе, который может объяснить поведение целого класса материалов, включая высокотемпературные сверхпроводники. В перспективе странные металлы могут найти применение в квантовой метрологии — области, связанной со сверхточными измерениями.
Ранее сообщалось, что исследователи не смогут установить подлинность человеческих останков, которые связывают с личностью знаменитого французского мушкетера. Также ученые обнаружили новый вид динозавра — Labrujasuchus expectatus.