- 28,137
- 46
- 8 Ноя 2022
Квантовые эффекты жили в мире атомов. Жили — пока их не нашли в кристалле размером с сантиметр.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:800/450;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
Квантовые эффекты обычно ищут в мире отдельных атомов, молекул и фотонов, где любой лишний контакт с окружающей средой разрушает хрупкое состояние системы. Новая работа показывает, что граница проходит не так очевидно. Исследователи обнаружили признаки сильной квантовой запутанности в кристалле размером около сантиметра, то есть в объекте, который можно увидеть невооруженным глазом и спокойно держать в руке.
Квантовая запутанность означает, что части системы перестают вести себя как независимые объекты. Состояние одной части уже нельзя полностью описать отдельно от остальных: вся система реагирует согласованно, как единый квантовый объект. В микромире такой эффект давно лежит в основе квантовой физики, но для крупных тел вопрос всегда был сложнее. Чем больше объект, тем активнее он взаимодействует с внешней средой, а квантовые свойства обычно быстро исчезают.
Спор о том, может ли квантовая механика проявляться в крупных объектах, тянется с первых десятилетий развития этой области. Самый известный мысленный пример предложил Эрвин Шрёдингер: кот в закрытом ящике должен находиться в странной смеси двух состояний, пока наблюдатель не проверит результат. В реальных экспериментах ученые десятилетиями постепенно увеличивали размер систем, где удавалось заметить квантовое поведение.
В новой работе исследователи выбрали другой путь. Они не пытались перевести весь кристалл сразу в суперпозицию двух состояний. Такой опыт означал бы, что макроскопический объект целиком находится в двух вариантах одновременно. Вместо этого ученые проверили, связаны ли частицы внутри кристалла коллективной квантовой запутанностью. По смыслу такой подход ближе не к коту Шрёдингера, а к муравейнику: реакция возникает не из-за отдельного муравья, а из-за согласованного поведения всей колонии.
Для проверки использовали квантовую информацию Фишера. Этот метод пришел из квантовой теории информации и помогает определить, насколько чувствительно квантовая система реагирует на внешнее воздействие. Если частицы независимы, общий отклик ограничен суммой их отдельных реакций. Если частицы запутаны, система способна отвечать сильнее, чем простой набор разрозненных элементов. По величине этого усиленного отклика можно оценить степень запутанности.
Кристалл изготовили из церия, палладия и кремния. Материал относится к странным металлам . Так называют класс веществ, которые проводят электричество не так, как обычные металлы, и демонстрируют свойства, плохо описываемые стандартными моделями. Физиков давно интересуют такие системы, потому что похожее поведение встречается и в высокотемпературных сверхпроводниках.
Эксперимент провели с помощью нейтронного рассеяния. В кристалл направляли нейтроны и измеряли, как материал отвечает на это воздействие. В обычном веществе нейтрон, как правило, передает энергию отдельной частице или локальному возбуждению. Анализ через квантовую информацию Фишера показал другой результат: отклик нельзя объяснить независимым поведением частиц. Внутри кристалла действовали группы как минимум из девяти квантово запутанных объектов.
Такой результат важен именно из-за масштаба. Речь не о тщательно изолированной частице в лабораторной ловушке, а о твердом кристалле видимого размера. Измерения дают прямые признаки сильной многочастичной запутанности в макроскопическом материале. Квантовое поведение здесь не исчезает на уровне отдельных микроскопических фрагментов, а проявляется через коллективный отклик вещества.
Работа также помогает разобраться, почему странные металлы ведут себя настолько необычно. В 2025 году исследователи уже сообщали, что электрический ток в подобных материалах проходит с необычно низким уровнем электрического шума. Новые данные предлагают возможное объяснение: частицы внутри странного металла не движутся полностью независимо, а согласуют поведение за счет квантовой запутанности. Такая коллективность может подавлять флуктуации тока.
Авторы считают, что наблюдение отражает не частную особенность одного соединения, а более общий физический принцип. Сильная запутанность может напрямую связываться с теми свойствами, из-за которых странные металлы отличаются от обычных проводников. Если эту связь удастся подтвердить на других материалах, физики получат более точный язык для описания целого класса веществ, где стандартные представления о движении электронов работают плохо.
Следующий вопрос касается практического применения. Квантовая запутанность уже считается важным ресурсом для квантовой метрологии, где нужно измерять очень слабые сигналы с предельно высокой точностью. Если странные металлы позволяют удерживать коллективные квантовые состояния в крупных твердых образцах, такие материалы могут пригодиться для новых сенсоров и других квантовых технологий. Пока главный результат состоит в другом: квантовую запутанность удалось напрямую измерить в материале, который по размерам давно вышел за пределы привычного микромира.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:800/450;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
Квантовые эффекты обычно ищут в мире отдельных атомов, молекул и фотонов, где любой лишний контакт с окружающей средой разрушает хрупкое состояние системы. Новая работа показывает, что граница проходит не так очевидно. Исследователи обнаружили признаки сильной квантовой запутанности в кристалле размером около сантиметра, то есть в объекте, который можно увидеть невооруженным глазом и спокойно держать в руке.
Квантовая запутанность означает, что части системы перестают вести себя как независимые объекты. Состояние одной части уже нельзя полностью описать отдельно от остальных: вся система реагирует согласованно, как единый квантовый объект. В микромире такой эффект давно лежит в основе квантовой физики, но для крупных тел вопрос всегда был сложнее. Чем больше объект, тем активнее он взаимодействует с внешней средой, а квантовые свойства обычно быстро исчезают.
Спор о том, может ли квантовая механика проявляться в крупных объектах, тянется с первых десятилетий развития этой области. Самый известный мысленный пример предложил Эрвин Шрёдингер: кот в закрытом ящике должен находиться в странной смеси двух состояний, пока наблюдатель не проверит результат. В реальных экспериментах ученые десятилетиями постепенно увеличивали размер систем, где удавалось заметить квантовое поведение.
В новой работе исследователи выбрали другой путь. Они не пытались перевести весь кристалл сразу в суперпозицию двух состояний. Такой опыт означал бы, что макроскопический объект целиком находится в двух вариантах одновременно. Вместо этого ученые проверили, связаны ли частицы внутри кристалла коллективной квантовой запутанностью. По смыслу такой подход ближе не к коту Шрёдингера, а к муравейнику: реакция возникает не из-за отдельного муравья, а из-за согласованного поведения всей колонии.
Для проверки использовали квантовую информацию Фишера. Этот метод пришел из квантовой теории информации и помогает определить, насколько чувствительно квантовая система реагирует на внешнее воздействие. Если частицы независимы, общий отклик ограничен суммой их отдельных реакций. Если частицы запутаны, система способна отвечать сильнее, чем простой набор разрозненных элементов. По величине этого усиленного отклика можно оценить степень запутанности.
Кристалл изготовили из церия, палладия и кремния. Материал относится к странным металлам . Так называют класс веществ, которые проводят электричество не так, как обычные металлы, и демонстрируют свойства, плохо описываемые стандартными моделями. Физиков давно интересуют такие системы, потому что похожее поведение встречается и в высокотемпературных сверхпроводниках.
Эксперимент провели с помощью нейтронного рассеяния. В кристалл направляли нейтроны и измеряли, как материал отвечает на это воздействие. В обычном веществе нейтрон, как правило, передает энергию отдельной частице или локальному возбуждению. Анализ через квантовую информацию Фишера показал другой результат: отклик нельзя объяснить независимым поведением частиц. Внутри кристалла действовали группы как минимум из девяти квантово запутанных объектов.
Такой результат важен именно из-за масштаба. Речь не о тщательно изолированной частице в лабораторной ловушке, а о твердом кристалле видимого размера. Измерения дают прямые признаки сильной многочастичной запутанности в макроскопическом материале. Квантовое поведение здесь не исчезает на уровне отдельных микроскопических фрагментов, а проявляется через коллективный отклик вещества.
Работа также помогает разобраться, почему странные металлы ведут себя настолько необычно. В 2025 году исследователи уже сообщали, что электрический ток в подобных материалах проходит с необычно низким уровнем электрического шума. Новые данные предлагают возможное объяснение: частицы внутри странного металла не движутся полностью независимо, а согласуют поведение за счет квантовой запутанности. Такая коллективность может подавлять флуктуации тока.
Авторы считают, что наблюдение отражает не частную особенность одного соединения, а более общий физический принцип. Сильная запутанность может напрямую связываться с теми свойствами, из-за которых странные металлы отличаются от обычных проводников. Если эту связь удастся подтвердить на других материалах, физики получат более точный язык для описания целого класса веществ, где стандартные представления о движении электронов работают плохо.
Следующий вопрос касается практического применения. Квантовая запутанность уже считается важным ресурсом для квантовой метрологии, где нужно измерять очень слабые сигналы с предельно высокой точностью. Если странные металлы позволяют удерживать коллективные квантовые состояния в крупных твердых образцах, такие материалы могут пригодиться для новых сенсоров и других квантовых технологий. Пока главный результат состоит в другом: квантовую запутанность удалось напрямую измерить в материале, который по размерам давно вышел за пределы привычного микромира.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
