Splątanie kwantowe w krysztale? To jeszcze nic! Widać go gołym okiem, a za rogiem czeka rewolucja
O skali sukcesu niech świadczy jedno: to pierwszy przypadek, gdy zjawisko splątania udało się bezpośrednio potwierdzić w materiale makroskopowym, który można bez problemu trzymać w dłoni. Objęty eksperymentami materiał składał się z ceru, palladu i krzemu i należy do grupy dziwnych metali. Materiały te od lat intrygują fizyków, ponieważ ich właściwości elektryczne i magnetyczne są trudne do wyjaśnienia przy użyciu klasycznych modeli opisujących zachowanie elektronów w metalach.
Naukowcy wierzą, że mogą one skrywać odpowiedzi na pytania dotyczące nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego oraz innych egzotycznych stanów materii. Ale czy faktycznie tak jest? Dzięki wykorzystaniu narzędzia z teorii informacji kwantowej znanego jako kwantowa informacja Fishera naukowcy są bliżej niż wcześniej do uzyskania odpowiedzi na to pytanie.
Wspomniany parametr pozwala określić, czy cząstki w materiale zachowują się niezależnie od siebie, czy tworzą wspólny, splątany układ kwantowy. Aby potwierdzić wyniki, badacze przeprowadzili również eksperymenty z wykorzystaniem nieelastycznego rozpraszania neutronów, które umożliwiły szczegółową analizę zachowania materiału w bardzo niskich temperaturach i w obecności precyzyjnie dobranego pola magnetycznego.
Analiza wykazała, że obserwowanych właściwości kryształu nie można wyjaśnić jako sumy zachowania pojedynczych atomów czy elektronów. Zamiast tego w materiale współpracują całe grupy cząstek pozostających w stanie splątania kwantowego. Zdaniem autorów badań oznacza to, że jednocześnie działało co najmniej dziewięć wzajemnie splątanych elementów, tworzących wspólny układ o właściwościach niemożliwych do opisania przy udziale klasycznej fizyki.
Naukowcy podkreślają, że nie oznacza to, iż cały kryształ znajduje się w jednym stanie kwantowym przypominającym słynny paradoks kota Schrödingera. Lepszym porównaniem jest… mrowisko. Gdy je poruszymy, nie reaguje pojedyncza mrówka, lecz cała kolonia zachowuje się jak jeden zorganizowany organizm. Podobnie w badanym materiale poszczególne składniki tworzą kolektywny układ kwantowy, którego właściwości ujawniają się dopiero podczas obserwacji całego systemu.
Odkrycie tworzy nowe połączenie między fizyką ciała stałego a informatyką kwantową. Dotychczas kwantowa informacja Fishera służyła głównie do opisu niewielkich układów kwantowych. Teraz udało się zastosować ją do bezpośredniego pomiaru splątania w materiale zawierającym astronomiczną liczbę atomów. To otwiera drogę do badania zjawisk kwantowych w rzeczywistych materiałach wykorzystywanych w nowoczesnych technologiach.
Źródło: Nature Physics