Un cristallo che sta nel palmo di una mano racchiude uno dei fenomeni quantistici più straordinari mai registrati in un oggetto macroscopico. I ricercatori dell’Università Tecnica di Vienna hanno confermato sperimentalmente per la prima volta l'esistenza di un forte entanglement quantistico multipartitico, un fenomeno in cui le particelle smettono di essere unità indipendenti per comportarsi come un unico insieme coordinato.
Il team è guidato dalla professoressa Silke Bühler-Paschen dell’Istituto di Fisica dello Stato Solido della TU Wien. Il suo gruppo ha studiato un cristallo composto da cerio, palladio e silicio (Ce₃Pd₂₀Si₆), un cosiddetto "metallo strano", materiale noto ai fisici da tempo ma rimasto a lungo un mistero. Questi materiali mostrano proprietà elettriche e magnetiche insolite che la fisica classica non è in grado di spiegare.
L'attività sperimentale si è svolta presso l’Istituto Laue-Langevin (ILL) di Grenoble, in Francia, uno dei principali centri mondiali per la scienza dei neutroni. Il dottorando Federico Mazza ha bombardato il cristallo con un fascio di neutroni, misurandone la risposta alla sollecitazione. Lo scattering anelastico dei neutroni ha permesso ai ricercatori di ottenere un'immagine dettagliata della struttura interna del materiale a temperature estremamente basse e in un campo magnetico accuratamente regolato.
Per analizzare i risultati, gli scienziati hanno utilizzato uno strumento dell'informatica quantistica, l'Informazione Quantistica di Fisher (QFI), un metodo messo a punto dal teorico di Innsbruck Peter Zoller e dal suo gruppo. Il concetto è semplice: se in un sistema è presente l'entanglement quantistico, esso reagirà alle sollecitazioni esterne in modo molto più intenso rispetto alla somma delle reazioni indipendenti delle singole particelle. Misurando la sensibilità del sistema, è possibile determinare il grado di entanglement nascosto nel materiale.
In un cristallo comune, un neutrone che lo attraversa cederebbe la propria energia a una singola particella. In questo caso è accaduto qualcosa di molto diverso: i dati hanno rivelato una risposta collettiva che non può essere spiegata come una semplice somma di contributi indipendenti. I calcoli hanno dimostrato che nello stato di entanglement sono coinvolti gruppi di almeno nove particelle quantistiche che agiscono come un'unica entità.
Un’efficace analogia aiuta a comprendere cosa stia accadendo. Immaginate un formicaio: quando viene disturbato, non è la singola formica a reagire scappando caoticamente, ma l'intera colonia che si muove come un unico organismo. Allo stesso modo, le particelle nel cristallo esibiscono un comportamento collettivo, essendo interconnesse a livello quantistico e organizzate nel profondo.
I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Physics nel giugno 2026, hanno una portata fondamentale. Essi confermano che il forte entanglement quantistico multipartitico non è un'eccezione nei metalli strani, bensì una loro proprietà intrinseca. Questo fenomeno sembra spiegare i loro tratti peculiari: la variazione lineare della resistenza elettrica con la temperatura a bassi valori, un comportamento che sfida la teoria elettronica convenzionale dei metalli, e un livello di rumore elettrico eccezionalmente basso, un enigma che ha a lungo lasciato perplessi gli sperimentalisti.
La scoperta getta un ponte inaspettato tra due rami della fisica: l'informatica quantistica e la fisica della materia condensata. Essa dimostra che i metodi di metrologia quantistica, sviluppati in laboratorio con singoli atomi e fotoni, possono essere applicati direttamente a campioni macroscopici di materiali reali, senza la necessità di un isolamento perfetto dall'ambiente esterno. Ciò significa che il confine tra il mondo "classico" e quello "quantistico" non si trova affatto dove i libri di testo lo hanno tradizionalmente collocato.
Le prospettive sono vaste e concrete. Materiali con un tale livello di entanglement quantistico potrebbero costituire la base per lo sviluppo di sensori quantistici ultrasensibili, dispositivi in grado di rilevare segnali così deboli da risultare invisibili ai rivelatori classici. Questo potrebbe rivoluzionare le tecnologie di misurazione nella diagnostica medica, nella geofisica e nella fisica fondamentale.
