Кристалл, вмещающийся в ладонь, хранит одно из самых удивительных квантовых явлений, когда-либо зарегистрированных в макроскопическом предмете. Исследователи из Венского технического университета впервые экспериментально подтвердили существование сильной многочастичной квантовой запутанности — явления, при котором частицы перестают быть независимыми единицами и начинают вести себя как скоординированное целое.
Команду возглавляет профессор Силке Бюлер-Пашен из Института физики твёрдого тела TU Wien. Её группа исследовала кристалл из церия, палладия и кремния (Ce₃Pd₂₀Si₆) — так называемый странный металл, материал, известный физикам давно, но остающийся загадкой. Эти материалы демонстрируют необычные электрические и магнитные свойства, которые классическая физика объяснить не в состоянии.
Экспериментальная работа проведена в Институте Лауэ-Ланжевена (ILL) в Гренобле, Франция — одном из крупнейших мировых центров нейтронной науки. PhD-студент Федерико Мацца обстреливал кристалл пучком нейтронов и измерял его отклик на возмущение. Неупругое нейтронное рассеивание позволило исследователям получить детальную картину внутренней структуры материала при экстремально низких температурах в тщательно отрегулированном магнитном поле.
Для анализа результатов учёные применили инструмент из квантовой информатики — квантовую информацию Фишера (QFI), метод, разработанный инсбрукским теоретиком Петером Цоллером и его группой. Суть проста: если в системе присутствует квантовое запутывание, она будет реагировать на внешние возмущения значительно сильнее, чем сумма независимых реакций отдельных частиц. Измеряя чувствительность системы, можно определить скрытую в материале степень запутанности.
В обычном кристалле нейтрон, пройдя сквозь него, передал бы свою энергию одной отдельной частице. Здесь произошло совсем иное: данные раскрыли коллективный отклик, который невозможно объяснить простой суммой независимых вкладов. Расчёты показали, что в запутанном состоянии участвуют группы минимум из девяти квантовых частиц, действующих как единое целое.
Образная аналогия помогает понять, что здесь происходит. Представьте муравейник: когда его потревожат, реагирует не каждый муравей, хаотично разбегающийся в разные стороны, а вся колония как единый организм. Точно так же частицы в кристалле проявляют коллективное поведение — они квантово взаимосвязаны и организованы на глубоком уровне.
Результаты опубликованы в журнале Nature Physics в июне 2026 года и несут фундаментальное значение. Они подтверждают, что сильное многочастичное квантовое запутывание — не редкость в странных металлах, а скорее их неотъемлемое свойство. Это запутывание, похоже, объясняет их необычные черты: линейное изменение электрического сопротивления с температурой при низких значениях, поведение, которое не соответствует обычной электронной теории металлов, и особенно низкий уровень электрического шума — явление, которое долгое время ставило в тупик экспериментаторов.
Открытие создаёт неожиданный мост между двумя областями физики: квантовой информатикой и физикой конденсированного состояния. Оно демонстрирует, что методы квантовой метрологии, развитые в лабораториях с одиночными атомами и фотонами, можно применять прямо к макроскопическим образцам реальных материалов, без необходимости их идеальной изоляции от окружающего мира. Это означает, что граница между «классическим» и «квантовым» мирами проходит совсем не там, где её традиционно рисовали учебники.
Перспективы велики и практичны. Материалы с такой степенью квантового запутывания могут стать основой для создания сверхчувствительных квантовых датчиков — приборов, способных регистрировать сигналы столь слабые, что классическим детекторам они недоступны. Это может революционизировать измерительные технологии в медицинской диагностике, геофизике и фундаментальной физике.
