Международная группа физиков впервые получила прямые доказательства существования квантовой запутанности в макроскопическом объекте – кристалле размером около сантиметра. Исследование, проведённое под руководством учёных из Венского технического университета, показывает, что квантовые эффекты, которые обычно наблюдают только в микромире, могут проявляться и в видимых невооружённым глазом системах.
Эксперименты проводили в Институте Лауэ-Ланжевена в Гренобле на кристалле из церия, палладия и кремния. Этот материал относится к классу так называемых «странных металлов», чьи необычные свойства давно интересуют физиков. Образец бомбардировали нейтронами и анализировали его реакцию. Для этого применили метод квантовой информации Фишера – он позволяет оценить, насколько чувствительна система к внешним возмущениям. Если частицы в системе квантово запутаны, они реагируют на воздействие согласованно и гораздо сильнее, чем действовали бы по отдельности.
Анализ данных показал, что реакцию кристалла нельзя объяснить поведением независимых частиц. Вместо этого учёные зафиксировали коллективный отклик, который указывал на согласованные действия групп, включающих как минимум девять квантово-запутанных объектов. Это стало первым прямым подтверждением многочастичной запутанности в твёрдом теле макроскопических размеров.
Результаты помогают объяснить загадочные свойства «странных металлов». Например, ранее было обнаружено, что электрический ток в них течёт с аномально низким уровнем шума. Новое исследование предполагает, что именно квантовая запутанность заставляет частицы двигаться скоординированно, подавляя случайные флуктуации. По мнению авторов, это не частный случай, а общий принцип, лежащий в основе поведения таких материалов.
Эта работа объединяет подходы из двух разных областей – физики конденсированного состояния и квантовой информатики. Исследователи полагают, что в будущем «странные металлы» могут найти применение в квантовых технологиях, в частности при создании сверхчувствительных сенсоров, способных с высокой точностью регистрировать крайне слабые сигналы.
