Kuantum olayları genellikle imkansız derecede küçük şeylerin alanıdır - tek tek atomlar, moleküller veya fotonlar, izolasyonda şımartılmaları gerekir. Peki ya aynı tuhaf etkiler elinizde tutabileceğiniz bir şeyde var olabilseydi? TU Wien'deki araştırmacılar şimdi bunun mümkün olduğuna dair ikna edici kanıtlar sundular: garip metal olarak bilinen bir malzemeden yapılmış santimetre boyutunda bir kristal kullanarak. Kuantum fiziğinin en büyük hitlerinden biri olan yüksek derecede kuantum dolanıklığı tespit ettiler ve bunu kuantum bilgi biliminden bir teknik olan kuantum Fisher bilgisini kullanarak yaptılar. Sonuçlar, kuantum bilgi ile katı hal fiziği arasında yeni bir bağlantı oluşturarak, dolanıklığın makroskopik bir garip metalde doğrudan ölçülebileceğini gösteriyor.

Kuantum mekaniğinin yalnızca küçük parçacıklar için mi yoksa daha büyük nesneler için de geçerli olduğu sorusu, alanın ilk günlerinden beri tartışılıyor. Erwin Schrödinger, ünlü düşünce deneyinde, gözlemlenene kadar aynı anda hem canlı hem ölü olan bir kediyle bu gizemi resmetmişti - neyse ki bu senaryo teorik kalmaya devam ediyor. O zamandan beri bilim insanları, kuantum davranışı sergileyebilecek bir sistemin ne kadar büyük olabileceğinin sınırlarını defalarca zorladı. TU Wien ekibi konuya farklı bir açıdan yaklaştı. TU Wien Katı Hal Fiziği Enstitüsü'nden Prof. Silke Bühler-Paschen, "Bizim yaklaşımımız farklı," diyor. "Kristali bir bütün olarak iki durumun süperpozisyonuna getirmeye çalışmıyoruz. Bunun yerine, bileşenlerinin -toplu olarak- böyle bir dolanıklık durumunda olup olmadığını soruyoruz." Bühler-Paschen, Schrödinger'in kedisinden ziyade deneyin daha çok bir karınca yuvasına benzediğini söylüyor: rahatsız edildiğinde, tepki herhangi bir karıncadan değil, koloninin birlikte hareket etmesinden gelir. Araştırmacılar, kristalin içindeki parçacıkların benzer şekilde koordineli davranıp davranmadığını belirlemek istedi.

Deneyin arkasındaki teorik çerçeve, Innsbruck'lu kuantum fizikçisi Peter Zoller ve meslektaşları tarafından geliştirildi. Çalışmaları, kuantum Fisher bilgisinin, çok sayıda etkileşen parçacıktan oluşan karmaşık sistemlerde bile kuantum dolanıklığını tanımlayabileceğini gösterdi. Bühler-Paschen, "Kuantum Fisher bilgisi, bir kuantum sisteminin bir değişime ne kadar hassas tepki verdiğini ölçer," diye açıklıyor. "Bağımsız parçacıklardan oluşan bir koleksiyon için tepki sınırlıdır çünkü her parçacık kendi başına katkıda bulunur. Ancak parçacıklar dolanıksa, tüm sistem tek tek parçalarının toplamından daha güçlü tepki verebilir. Bu artırılmış hassasiyet, dolanıklığı kuantum metrolojisi için bu kadar değerli bir kaynak yapan şeydir; burada en yüksek hassasiyetle son derece küçük sinyalleri tespit etmek amaçlanır. Bir sistemin bir bozulmaya ne kadar güçlü tepki verdiğini ölçerek, malzemede bulunan dolanıklık derecesi tahmin edilebilir." Basit bir ifadeyle, güçlü bir şekilde dolanık bir sistem, bağımsız parçacıklardan oluşan bir koleksiyona göre bozulmalara daha dramatik tepki verir ve araştırmacıların ne kadar dolanıklık olduğunu tahmin etmesine olanak tanır.

Fikri test etmek için araştırmacılar, seryum, paladyum ve silikondan oluşan bir kristal yarattı. Bu malzeme, fizikçileri uzun süredir büyüleyen garip metaller sınıfına ait çünkü yalnızca kısmen anlaşılmış olağandışı kuantum özellikleri sergiliyorlar. Grenoble'daki Institut Laue-Langevin'de (ILL) doktora öğrencisi Federico Mazza, kristale nötronlar ateşledi ve tepkisini ölçtü. Mazza, "Normal bir malzemede, bir nötronun enerjisini tek bir parçacığa aktarması beklenir," diyor. "Ancak verileri kuantum Fisher bilgisini kullanarak analiz ettiğimizde, bağımsız parçacıklar cinsinden açıklanamayan bir tepki bulduk. Bunun yerine, en az dokuz kuantum dolanık varlıktan oluşan grupların toplu olarak hareket ettiğini gösteriyor." Ölçümler, avucunuzun içine rahatça sığacak kadar büyük katı bir kristalin içinde güçlü çok parçalı kuantum dolanıklığının doğrudan kanıtını sağlıyor.