Fenomenele cuantice sunt de obicei domeniul infinit de mic - atomi individuali, molecule sau fotoni care trebuie răsfățați în izolare. Dar dacă aceleași efecte ciudate ar putea exista în ceva ce ai putea ține efectiv în mână? Cercetătorii de la TU Wien au oferit acum dovezi convingătoare că da, folosind un cristal de dimensiunea unui centimetru, fabricat dintr-un material cunoscut sub numele de metal ciudat. Au detectat un grad ridicat de încurcare cuantică, una dintre cele mai mari hituri ale fizicii cuantice, folosind o tehnică din știința informației cuantice numită informație cuantică Fisher. Rezultatele creează o nouă conexiune între informația cuantică și fizica stării solide, arătând că încurcarea poate fi măsurată direct într-un metal ciudat macroscopic.

Întrebarea dacă mecanica cuantică se aplică doar particulelor mici sau și obiectelor mai mari este dezbătută încă de la începuturile domeniului. Erwin Schrödinger a ilustrat faimos misterul cu experimentul său mental care implică o pisică simultan vie și moartă până când este observată - un scenariu care, din fericire, rămâne teoretic. De atunci, oamenii de știință au împins în mod repetat limitele cât de mare poate fi un sistem care să prezinte comportament cuantic. Echipa TU Wien a abordat întrebarea dintr-un unghi diferit. „Abordarea noastră este diferită”, spune Prof. Silke Bühler-Paschen de la Institutul de Fizică a Stării Solide de la TU Wien. „Nu încercăm să aducem cristalul în ansamblu într-o suprapunere de două stări. În schimb, ne întrebăm dacă constituenții săi sunt - colectiv - într-o astfel de stare de încurcare.” Mai degrabă decât pisica lui Schrödinger, Bühler-Paschen spune că experimentul este mai degrabă ca o furnicar: atunci când este deranjat, răspunsul vine de la colonie acționând împreună, nu de la o furnică individuală. Cercetătorii au vrut să determine dacă particulele din interiorul cristalului se comportă într-un mod similar coordonat.

Cadrul teoretic din spatele experimentului a fost dezvoltat de fizicianul cuantic de la Innsbruck, Peter Zoller, și colegii săi. Munca lor a arătat că informația cuantică Fisher poate identifica încurcarea cuantică chiar și în sisteme complexe formate dintr-un număr enorm de particule care interacționează. „Informația cuantică Fisher cuantifică cât de sensibil răspunde un sistem cuantic la o schimbare”, explică Bühler-Paschen. „Pentru o colecție de particule independente, răspunsul este limitat deoarece fiecare particulă contribuie pe cont propriu. Cu toate acestea, dacă particulele sunt încurcate, întregul sistem poate răspunde mai puternic decât suma părților sale individuale. Această sensibilitate sporită este exact ceea ce face încurcarea o resursă atât de valoroasă pentru metrologia cuantică, unde se urmărește detectarea semnalelor extrem de mici cu cea mai mare precizie posibilă. Măsurând cât de puternic răspunde un sistem la o perturbare, se poate deduce gradul de încurcare prezent în material.” În termeni simpli, un sistem puternic încurcat reacționează mai dramatic la perturbări decât o colecție de particule independente, permițând cercetătorilor să estimeze câtă încurcare este prezentă.

Pentru a testa ideea, cercetătorii au creat un cristal compus din ceriu, paladiu și siliciu. Acest material aparține clasei metalelor ciudate, care au fascinat mult timp fizicienii deoarece prezintă proprietăți cuantice neobișnuite care rămân doar parțial înțelese. La Institut Laue-Langevin (ILL) din Grenoble, doctorandul Federico Mazza a tras neutroni asupra cristalului și a măsurat răspunsul său. „Într-un material normal, te-ai aștepta ca un neutron să-și transfere energia unei particule individuale”, spune Mazza. „Dar analizând datele folosind informația cuantică Fisher, am găsit un răspuns care nu poate fi explicat în termeni de particule independente. În schimb, indică faptul că grupuri de cel puțin nouă entități cuantice încurcate acționează colectiv.” Măsurătorile oferă dovezi directe ale încurcării cuantice multipartite puternice în interiorul unui cristal solid suficient de mare pentru a încăpea confortabil în palmă.