维也纳工业大学的研究人员现已提供了令人信服的证据，证明他们能够做到这一点。通过研究一种由被称为“奇异金属”的材料制成的厘米级晶体，该团队检测到了高度的量子纠缠，这是量子物理学最显著的特征之一。他们利用一种来自量子信息科学的技术——量子费希尔信息——实现了这一点。
这些结果在量子信息和固体物理学之间建立了新的联系，表明可以在宏观奇异金属中直接测量量子纠缠。
从薛定谔的猫到蚁丘
自该领域诞生之初，关于量子力学是仅适用于微小粒子还是也适用于较大物体的争论就一直存在。物理学家埃尔温·薛定谔以其著名的思想实验阐释了这一谜题，实验中一只猫在被观测之前同时处于生与死的状态。此后，科学家们不断突破系统在多大尺度上能表现出量子行为的极限。
维也纳工业大学的团队从不同的角度探讨了这个问题。
“我们的方法与众不同，”维也纳工业大学固体物理研究所的西尔克·布勒-帕申（Silke Bühler-Paschen）教授表示，“我们并不试图让整个晶体处于两种状态的叠加。相反，我们要问的是其组成粒子是否——集体地——处于这种纠缠状态。”
布勒-帕申表示，与其思考薛定谔的猫，不如说这个实验更像是一个蚁丘。当蚁丘受到干扰时，反应来自蚁群的共同行动，而非任何一只蚂蚁的个体行为。研究人员想要确定晶体内部的粒子是否以类似的协调方式行事。
量子费希尔信息揭示隐藏的纠缠
实验背后的理论框架由因斯布鲁克的量子物理学家彼得·佐勒（Peter Zoller）及其同事开发。他们的研究表明，即使在由大量相互作用粒子组成的复杂系统中，量子费希尔信息也可用于识别量子纠缠。
“量子费希尔信息量化了量子系统对变化的敏感程度，”布勒-帕申解释道，“对于独立粒子的集合，响应是有限的，因为每个粒子都是独立贡献的。然而，如果粒子发生纠缠，整个系统的响应可能会强于其各个部分的总和。这种增强的敏感性正是使纠缠成为量子计量学宝贵资源的原因，该领域的目标是以尽可能高的精度检测极微小的信号。因此，通过测量系统对扰动的响应强度，可以推断材料中存在的纠缠程度。”
简而言之，强纠缠系统对干扰的反应比独立粒子集合更为剧烈，这使研究人员能够估算存在多少纠缠。
奇异金属晶体表现出集体量子行为
为了验证这一想法，研究人员制造了一种由铈、钯和硅组成的晶体。这种材料属于奇异金属类，长期以来一直令物理学家着迷，因为它们表现出不同寻常的量子特性，而这些特性目前仍仅被部分理解。
在格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所（ILL），博士生费德里科·马扎向晶体发射中子并测量其响应。
“在普通材料中，人们会预期中子将其能量转移给单个粒子，”马扎说，“但通过使用量子费希尔信息分析数据，我们发现了一种无法用独立粒子解释的响应。相反，它表明至少由九个量子纠缠实体组成的群体在集体行动。”
这些测量结果为固体晶体内部存在强多体量子纠缠提供了直接证据，该晶体大到可以舒适地放在手掌中。
解开奇异金属之谜
研究人员最初是为了更好地理解为什么奇异金属的行为与传统材料如此不同。类似的行为也存在于其他系统中，包括高温超导体。
近年来，随着科学家不断发现意想不到的特性，人们对奇异金属的兴趣迅速增长。2025年，维也纳工业大学和莱斯大学的研究人员报告称，电流通过这些材料时具有异常低的电噪声。新观察到的量子纠缠可能有助于解释其原因。粒子似乎不再是独立行动，而是以一种抑制电流波动的方式协调其行为。
“我们在这里看到的不是某种特定材料的细节，而是一个普遍的物理原理，”维尔茨堡大学的法赫尔·阿萨德是该工作的首席理论家，他说，“强纠缠似乎与奇异金属的异常行为直接相关。”
迈向未来的量子技术
研究人员认为，这项工作展示了将量子信息科学和凝聚态物理学的思想结合起来的价值。
“这些结果对我们来说是一个巨大的成功，”西尔克·布勒-帕申说，“它们证实了我们这种利用量子信息科学方法进行新型材料固体物理学研究的独特方法，能够揭示根本性的新见解。”
该团队现在正展望思想的反向交流。他们希望确定奇异金属最终是否可用于量子技术，包括能够以极高的精度检测极微小信号的高灵敏度量子计量系统。