量子现象通常属于极小物体的领域——单个原子、分子或光子，需要被精心隔离。但如果这些同样怪异的效果可以存在于你实际上能握在手中的东西里呢？维也纳工业大学的研究人员现在提供了令人信服的证据，证明这是可能的，他们使用了一种由被称为“奇异金属”的材料制成的厘米级晶体。他们利用量子信息科学中的一种技术——量子Fisher信息，检测到了高度的量子纠缠，这是量子物理学的热门话题之一。这些结果在量子信息和固态物理之间建立了新的联系，表明纠缠可以直接在宏观的奇异金属中测量。

量子力学是否只适用于微小粒子，还是也适用于较大物体，这个问题自该领域早期以来就一直存在争议。埃尔温·薛定谔以其思想实验——一只同时活着和死去的猫，直到被观察——而闻名，这个场景幸运地仍然停留在理论上。自那以后，科学家们一再挑战系统能显示量子行为的尺寸极限。维也纳工业大学团队从不同角度探讨了这个问题。“我们的方法不同，”维也纳工业大学固态物理研究所的Silke Bühler-Paschen教授说。“我们并不试图将整个晶体置于两种状态的叠加中。相反，我们问的是它的组成部分是否——集体地——处于这样的纠缠状态。”Bühler-Paschen说，与其说是薛定谔的猫，不如说这个实验更像一个蚂蚁丘：当受到干扰时，反应来自整个蚁群的共同行动，而不是任何单个蚂蚁。研究人员想确定晶体内的粒子是否以类似协调的方式行为。

该实验的理论框架由因斯布鲁克的量子物理学家Peter Zoller及其同事开发。他们的工作表明，量子Fisher信息甚至可以在由大量相互作用粒子组成的复杂系统中识别量子纠缠。“量子Fisher信息量化了量子系统对变化的敏感程度，”Bühler-Paschen解释道。“对于一组独立粒子，响应是有限的，因为每个粒子各自贡献。然而，如果粒子纠缠在一起，整个系统的响应可以强于其各个部分的总和。这种增强的敏感性正是使纠缠成为量子计量学中宝贵资源的原因，量子计量学旨在以最高精度检测极小的信号。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。”简单来说，一个强纠缠的系统对扰动的反应比一组独立粒子更剧烈，使研究人员能够估计存在的纠缠量。

为了测试这个想法，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别，长期以来一直让物理学家着迷，因为它们显示出不寻常的量子特性，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Federico Mazza向晶体发射中子并测量其响应。“在普通材料中，人们会期望中子将其能量转移给单个粒子，”Mazza说。“但通过使用量子Fisher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，它表明至少九个量子纠缠实体组成的群体在集体行动。”这些测量提供了直接证据，证明在足够大的固体晶体内部存在强多体量子纠缠，足以舒适地放在手掌中。