عادةً ما تكون الظواهر الكمومية حكرًا على الأشياء الصغيرة المستحيلة - ذرات فردية، جزيئات، أو فوتونات تحتاج إلى عزلة مدللة. لكن ماذا لو كانت هذه التأثيرات الغريبة نفسها يمكن أن توجد في شيء يمكنك حمله بيدك؟ قدم باحثون في جامعة TU Wien الآن دليلاً مقنعًا على أنها يمكن، باستخدام بلورة بحجم سنتيمتر مصنوعة من مادة تُعرف بالمعدن الغريب. اكتشفوا درجة عالية من التشابك الكمي، أحد أعظم إنجازات الفيزياء الكمومية، باستخدام تقنية من علم المعلومات الكمومية تُسمى معلومات فيشر الكمومية. تخلق النتائج رابطًا جديدًا بين المعلومات الكمومية وفيزياء الحالة الصلبة، مما يظهر أن التشابك يمكن قياسه مباشرة في معدن غريب عياني.

لطالما كان السؤال حول ما إذا كانت ميكانيكا الكم تنطبق فقط على الجسيمات الصغيرة أم أيضًا على الأجسام الأكبر موضع جدل منذ الأيام الأولى للمجال. أوضح إرفين شرودنغر اللغز الشهير بتجربته الفكرية التي تتضمن قطة تكون حية وميتة في نفس الوقت حتى يتم ملاحظتها - سيناريو يظل نظريًا، ولحسن الحظ. منذ ذلك الحين، دفع العلماء مرارًا حدود حجم النظام الذي يمكن أن يظهر سلوكًا كموميًا. اقترب فريق TU Wien من السؤال من زاوية مختلفة. "نهجنا مختلف،" تقول البروفيسور سيلكه بوهلر-باشن من معهد فيزياء الحالة الصلبة في TU Wien. "نحن لا نحاول جلب البلورة ككل إلى تراكب من حالتين. بدلاً من ذلك، نسأل ما إذا كانت مكوناتها - بشكل جماعي - في حالة تشابك كهذه." بدلاً من قطة شرودنغر، تقول بوهلر-باشن إن التجربة تشبه تلة النمل: عندما تُزعج، يأتي الرد من المستعمرة التي تعمل معًا، وليس من أي نملة فردية. أراد الباحثون تحديد ما إذا كانت الجسيمات داخل البلورة تتصرف بطريقة منسقة مماثلة.

الإطار النظري وراء التجربة تم تطويره بواسطة عالم الفيزياء الكمومية في إنسبروك بيتر زولر وزملائه. أظهر عملهم أن معلومات فيشر الكمومية يمكنها تحديد التشابك الكمي حتى في الأنظمة المعقدة المكونة من أعداد هائلة من الجسيمات المتفاعلة. "تحدد معلومات فيشر الكمومية مدى حساسية النظام الكمومي للتغير،" تشرح بوهلر-باشن. "لمجموعة من الجسيمات المستقلة، تكون الاستجابة محدودة لأن كل جسيم يساهم بمفرده. ومع ذلك، إذا كانت الجسيمات متشابكة، يمكن للنظام بأكمله الاستجابة بقوة أكبر من مجموع أجزائه الفردية. هذه الحساسية المعززة هي بالضبط ما يجعل التشابك موردًا قيمًا للمترولوجيا الكمومية، حيث يهدف المرء إلى اكتشاف إشارات صغيرة للغاية بأعلى دقة ممكنة. من خلال قياس مدى قوة استجابة النظام للاضطراب، يمكن للمرء بالتالي استنتاج درجة التشابك الموجودة في المادة." بعبارات بسيطة، يتفاعل النظام المتشابك بقوة أكبر مع الاضطرابات من مجموعة من الجسيمات المستقلة، مما يسمح للباحثين بتقدير مقدار التشابك الموجود.

لاختبار الفكرة، أنشأ الباحثون بلورة مكونة من السيريوم والبلاديوم والسيليكون. تنتمي هذه المادة إلى فئة المعادن الغريبة، التي فتنت الفيزيائيين لفترة طويلة لأنها تظهر خصائص كمومية غير عادية لا تزال غير مفهومة جزئيًا. في معهد لاو-لانجفين (ILL) في غرونوبل، أطلق طالب الدكتوراه فيديريكو مازا نيوترونات على البلورة وقاس استجابتها. "في مادة عادية، يتوقع المرء أن ينقل النيوترون طاقته إلى جسيم فردي،" يقول مازا. "لكن من خلال تحليل البيانات باستخدام معلومات فيشر الكمومية، وجدنا استجابة لا يمكن تفسيرها من حيث الجسيمات المستقلة. بدلاً من ذلك، تشير إلى أن مجموعات من تسعة كيانات متشابكة كموميًا على الأقل تعمل بشكل جماعي." توفر القياسات دليلاً مباشرًا على التشابك الكمي متعدد الأجزاء القوي داخل بلورة صلبة كبيرة بما يكفي لتناسب راحة يدك بشكل مريح.