Một tinh thể nằm gọn trong lòng bàn tay đang ẩn chứa một trong những hiện tượng lượng tử kỳ thú nhất từng được ghi nhận trên một vật thể vĩ mô. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Vienna lần đầu tiên xác nhận bằng thực nghiệm sự tồn tại của trạng thái rối lượng tử đa hạt mạnh mẽ — một hiện tượng mà ở đó, các hạt không còn là những đơn vị độc lập mà bắt đầu hoạt động như một thể thống nhất đầy hiệp tính.
Đội ngũ nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư Silke Bühler-Paschen từ Viện Vật lý Chất rắn thuộc TU Wien. Nhóm của bà đã tiến hành khảo sát một tinh thể cấu tạo từ cerium, palladium và silicon (Ce₃Pd₂₀Si₆) — một loại vật liệu được gọi là "kim loại lạ", vốn đã được các nhà vật lý biết đến từ lâu nhưng vẫn còn là một ẩn số. Những loại vật liệu này sở hữu các đặc tính điện và từ bất thường mà vật lý cổ điển không thể lý giải được.
Công trình thực nghiệm được thực hiện tại Viện Laue-Langevin (ILL) ở Grenoble, Pháp — một trong những trung tâm khoa học neutron lớn nhất thế giới. Nghiên cứu sinh tiến sĩ Federico Mazza đã bắn chùm neutron vào tinh thể và đo lường phản ứng của nó trước các tác động nhiễu loạn. Kỹ thuật tán xạ neutron không đàn hồi đã cho phép các nhà nghiên cứu thu được bức tranh chi tiết về cấu trúc bên trong của vật liệu ở nhiệt độ cực thấp trong một từ trường được điều chỉnh tỉ mỉ.
Để phân tích kết quả, các nhà khoa học đã áp dụng một công cụ từ tin học lượng tử — Thông tin lượng tử Fisher (QFI), phương pháp được phát triển bởi nhà lý thuyết Peter Zoller từ Innsbruck và cộng sự. Về bản chất, nếu một hệ thống tồn tại sự rối lượng tử, nó sẽ phản ứng với các nhiễu loạn bên ngoài mạnh hơn đáng kể so với tổng các phản ứng độc lập của từng hạt riêng lẻ. Bằng cách đo độ nhạy của hệ thống, người ta có thể xác định được mức độ rối đang ẩn giấu bên trong vật liệu.
Trong một tinh thể thông thường, khi neutron đi qua, nó sẽ truyền năng lượng cho một hạt đơn lẻ. Tuy nhiên ở đây, kết quả lại hoàn toàn khác biệt: dữ liệu cho thấy một phản ứng tập thể mà không thể giải thích bằng tổng các tác động độc lập đơn thuần. Các tính toán chỉ ra rằng có ít nhất chín hạt lượng tử cùng tham gia vào trạng thái rối này, hoạt động như một thực thể duy nhất.
Một phép ẩn dụ hình ảnh sẽ giúp chúng ta dễ dàng hình dung những gì đang diễn ra. Hãy tưởng tượng về một tổ kiến: khi bị quấy rầy, không phải từng con kiến riêng lẻ chạy hỗn loạn khắp nơi, mà cả đàn sẽ phản ứng như một cơ thể sống thống nhất. Tương tự như vậy, các hạt trong tinh thể cũng thể hiện hành vi tập thể — chúng liên kết lượng tử với nhau và được tổ chức ở một cấp độ cực kỳ sâu sắc.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Physics vào tháng 6 năm 2026 và mang một ý nghĩa nền tảng quan trọng. Nghiên cứu khẳng định rằng trạng thái rối lượng tử đa hạt mạnh mẽ không phải là hiếm gặp trong các kim loại lạ, mà đúng hơn là một đặc tính nội tại của chúng. Sự rối lượng tử này dường như giải thích cho những đặc điểm kỳ lạ của chúng: sự thay đổi tuyến tính của điện trở theo nhiệt độ ở mức thấp — một hành vi không tuân theo lý thuyết electron thông thường ở kim loại, và đặc biệt là mức nhiễu điện cực thấp — hiện tượng vốn đã làm đau đầu các nhà thực nghiệm trong suốt thời gian dài.
Phát hiện này đã bắc một nhịp cầu bất ngờ giữa hai lĩnh vực vật lý: tin học lượng tử và vật lý chất rắn. Nó minh chứng rằng các phương pháp đo lường lượng tử, vốn được phát triển trong phòng thí nghiệm với các nguyên tử và photon đơn lẻ, có thể áp dụng trực tiếp lên các mẫu vật liệu vĩ mô trong thực tế mà không cần sự cô lập hoàn hảo khỏi môi trường bên ngoài. Điều này có nghĩa là ranh giới giữa thế giới "cổ điển" và "lượng tử" hoàn toàn không nằm ở nơi mà các sách giáo khoa vẫn thường mô tả.
Triển vọng của nghiên cứu này là rất lớn và mang tính ứng dụng cao. Các vật liệu có độ rối lượng tử cao như thế này có thể trở thành nền tảng để chế tạo các cảm biến lượng tử siêu nhạy — những thiết bị có khả năng ghi nhận các tín hiệu yếu đến mức các máy dò cổ điển không thể phát hiện được. Điều này hứa hẹn sẽ cách mạng hóa công nghệ đo lường trong chẩn đoán y sinh, địa vật lý và vật lý cơ bản.
