Квантовая запутанность обычно наблюдается в микроскопических системах: атомах, фотонах, ионах. Возможно ли это парадоксальное явление в макроскопических объектах, состоящих из миллиардов частиц? Ранее это было неясно. Группа ученых из Венского технического университета пошла другим путем: не пыталась создать суперпозицию кристалла, а искала коллективное поведение частиц внутри него.

«Наш подход отличается, — сказала профессор Зильке Бюлер-Пашен. — Мы не пытаемся привести кристалл целиком в суперпозицию двух состояний. Вместо этого мы задаемся вопросом, находятся ли его составляющие — в совокупности — в состоянии запутанности». Таким образом, новый эксперимент больше напоминает муравейник, чем кота Шрёдингера: когда его тревожат, реагирует не отдельный муравей, а вся колония в целом.

Теоретическая основа этого подхода была разработана инсбрукским физиком Петером Цоллером и его командой, сообщает Phys. Они показали, что для обнаружения квантовой запутанности даже в больших многочастичных системах может быть использована концепция квантовой информации Фишера.

Квантовая информация Фишера показывает, насколько чувствительно квантовое состояние к изменениям. Для группы независимых частиц реакция будет ограниченной, потому что каждая действует сама по себе. Однако если частицы запутаны, система реагирует сильнее, чем сумма ее частей. Измеряя отклик материала на нейтронное облучение, можно определить степень запутанности.

Венские физики впервые применили этот метод к реальному твердому телу. Они взяли кристалл из церия, палладия и кремния — странный металл, проявляющий любопытные квантовые свойства — и обстреляли его нейтронами. Измерение реакции материала показало, что отклик соответствует группам как минимум из девяти коллективно взаимодействующих частиц.

Таким образом, у ученых появились прямые доказательства многочастичной квантовой запутанности в твердом теле — макроскопическом объекте, достаточно большом, чтобы его можно было взять в руку.

Следующая цель ученых — добиться того, чтобы передача знаний между двумя областями работала и в обратном направлении. Они надеются найти применение странным металлам в квантовых технологиях, например, в высокоточных измерениях.

Швейцарские исследователи представили в начале года программируемый фотонный чип, способный генерировать все четыре состояния Белла — фундаментальные типы квантовой запутанности. Это достижение, по мнению экспертов, является критически важным шагом на пути к созданию масштабируемых и практичных квантовых коммуникационных сетей.