维也纳工业大学的研究人员现已提供了有力的证据，证明他们可以做到。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。
这些结果通过表明可以在宏观奇异金属中直接测量量子纠缠，在量子信息和固体物理学之间建立了新的联系。
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奥秘，实验中一只猫在被观察之前同时处于生与死的状态。从那时起，科学家们不断突破能够显示量子行为的系统尺度极限。
维也纳工业大学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）教授说。“我们并不试图让整个晶体处于两种状态的叠加态。相反，我们要问的是，它的构成粒子是否——集体地——处于这种纠缠状态。”
布勒-帕申表示，与其说是薛定谔的猫，不如说这个实验更像是一个蚁丘。当蚁丘受到干扰时，反应来自蚁群的协同行动，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
该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，因为每个粒子各自做出贡献。然而，如果粒子是纠缠的，整个系统的响应可以超过其各个部分的总和。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，在量子计量学中，人们旨在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，强纠缠系统对扰动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的纠缠量。
奇异金属晶体展现集体量子行为
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，长期以来一直让物理学家着迷，因为它们表现出异常的量子特性，而这些特性至今仍未被完全理解。
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（Federico Mazza）向晶体发射中子并测量其反应。
“在普通材料中，人们预期中子会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，它表明至少有九个量子纠缠实体组成的群体在集体行动。”
这些测量结果提供了直接证据，证明在一块大到可以舒适地放在手掌中的固体晶体内部存在强多体量子纠缠。
解开奇异金属之谜
研究人员最初旨在更好地理解为何奇异金属的行为与传统材料如此不同。在其他系统中也发现了类似的行为，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，电流在这些材料中传输时具有极低的电噪声。新观察到的量子纠缠可能有助于解释其原因。粒子似乎不是独立行动，而是以某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，”该工作的理论负责人、维尔茨堡大学的法赫尔·阿萨德（Fakher Assaad）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研究新型材料固体物理学的独特方法，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，包括能够以极高精度检测极微小信号的高灵敏度量子计量系统。