Кристал, що легко поміщається на долоні, приховує в собі одне з найбільш вражаючих квантових явищ, які коли-небудь вдавалося зафіксувати в макроскопічному об'єкті. Науковці з Віденського технічного університету вперше експериментально довели існування сильного багаточастинкового квантового заплутування — стану, за якого частинки перестають бути окремими одиницями та починають діяти як єдине ціле.
Дослідницьку групу очолює професорка Сілке Бюлер-Пашен з Інституту фізики твердого тіла TU Wien. Її колектив вивчав кристал із церію, паладію та кремнію (Ce₃Pd₂₀Si₆) — так званий «дивний метал», що давно відомий фізикам, але досі залишається для них загадкою. Такі матеріали мають нетипові електричні та магнітні властивості, які неможливо пояснити з погляду класичної фізики.
Експерименти проводилися в Інституті Лауе-Ланжевена (ILL) у Греноблі, Франція — одному з провідних світових центрів нейтронних досліджень. Аспірант Федеріко Мацца опромінював кристал пучком нейтронів, фіксуючи його реакцію на зовнішній вплив. Метод непружного розсіювання нейтронів дозволив науковцям отримати докладну картину внутрішньої структури матеріалу за умов екстремально низьких температур та в точно налаштованому магнітному полі.
Для аналізу отриманих даних учені використали інструментарій квантової інформатики, а саме квантову інформацію Фішера (QFI) — метод, розроблений теоретиком із Інсбрука Петером Цоллером та його групою. Принцип доволі простий: якщо в системі наявне квантове заплутування, вона реагуватиме на зовнішні збурення значно потужніше, ніж сукупність незалежних реакцій окремих частинок. Вимірюючи чутливість системи, можна обчислити прихований у матеріалі ступінь заплутування.
У звичайному кристалі нейтрон, проходячи крізь структуру, передав би свою енергію якійсь одній частинці. Проте в цьому випадку спостерігалося зовсім інше: результати виявили колективний відгук, який неможливо пояснити простою сумою індивідуальних реакцій. Розрахунки підтвердили, що в стані заплутування перебувають групи щонайменше з дев'яти квантових частинок, які поводяться як цілісний організм.
Зрозуміти суть процесу допомагає наочна аналогія. Уявіть мурашник: коли його тривожать, реагує не кожна мураха окремо, хаотично розбігаючись урізнобіч, а вся колонія як злагоджений механізм. Так само і частинки в кристалі демонструють колективну поведінку — вони квантово взаємопов'язані та впорядковані на найглибшому рівні.
Результати дослідження, опубліковані в журналі Nature Physics у червні 2026 року, мають фундаментальне значення. Вони доводять, що потужне багаточастинкове квантове заплутування є не винятком для «дивних металів», а радше їхньою невід'ємною рисою. Схоже, що саме це заплутування зумовлює їхні незвичайні характеристики: лінійну зміну електричного опору залежно від температури за низьких значень, поведінку, що суперечить стандартній електронній теорії металів, і надзвичайно низький рівень електричного шуму — явище, яке тривалий час спантеличувало експериментаторів.
Відкриття наводить несподіваний міст між двома галузями фізики: квантовою інформатикою та фізикою конденсованих середовищ. Воно доводить, що методи квантової метрології, розроблені для роботи з поодинокими атомами та фотонами, можна застосовувати безпосередньо до макроскопічних зразків реальних матеріалів без потреби в їхній ідеальній ізоляції від довкілля. Це означає, що межа між «класичним» та «квантовим» світами пролягає зовсім не там, де її традиційно позначали в підручниках.
Відкриті перспективи є масштабними та цілком практичними. Матеріали з таким рівнем квантового заплутування можуть лягти в основу створення надчутливих квантових датчиків — пристроїв, здатних фіксувати настільки слабкі сигнали, що вони залишаються недосяжними для класичних детекторів. Це здатне спричинити революцію в технологіях вимірювання для медичної діагностики, геофізики та фундаментальної фізики.
