Sciencemag.cz
Related Articles
Mnoho kvantových jevů lze pozorovat pouze při studiu malého počtu částic – například jednotlivých atomů, molekul nebo fotonů, pečlivě izolovaných od okolního světa. Jak je to však s makroskopickými objekty, které se skládají z nepředstavitelně velkého počtu částic? Mohou i ony vykazovat jevy, které umožňují nahlédnout přímo do kvantového světa?
Experimentátoři z Technické univerzity ve Vídni nyní ukázali, že je to možné: zkoumali centimetrový krystal speciální slitiny („podivného kovu“ v originální TZ) a zjistili vysoký stupeň kvantového provázání. To umožnila jasně definovaná metoda z teorie kvantové informace: kvantová Fisherova informace. Výzkum tak vytváří nový most mezi fyzikou pevných látek a kvantovou fyzikou: kvantové provázání lze přímo kvantifikovat v makroskopickém materiálu.
Otázka, zda lze podivné tvrzení kvantové teorie aplikovat i na velké, makroskopické objekty, je téměř stejně stará jako samotná kvantová teorie, kdy Erwin Schrödinger zformuloval myšlenkový experiment se zároveň mrtvou a zároveň živou kočkou. Od té doby se v mnoha experimentech pokoušeli záměrně vyvolat kvantové jevy ve stále větších systémech.
„Náš přístup je odlišný,“ uvádí spoluautorka nové studie Silke Bühler-Paschen z Technické univerzity ve Vídni. „Nesnažíme se uvést krystal jako celek do superpozice dvou stavů. Místo toho se ptáme, zda se jeho složky – kolektivně – nacházejí v takovém stavu provázanosti.“ Experiment proto připomíná spíše mraveniště než Schrödingerovu kočku (praví metaforicky původní TZ).
Teoretický základ tohoto přístupu vypracoval kvantový fyzik Peter Zoller z Innsbrucku se svým týmem. Ukázali, že pojem kvantové Fisherovy informace lze využít k detekci kvantového provázání i ve velkých mnohočásticových systémech. „Kvantová Fisherova informace kvantifikuje, jak citlivě kvantový systém reaguje na změnu,“ vysvětluje Bühler-Paschen. „U souboru nezávislých částic je odezva omezená, protože každá částice přispívá samostatně. Jsou-li však částice provázané, může celý systém reagovat silněji než součet jeho jednotlivých částí. Právě tato zvýšená citlivost činí provázanost tak cenným zdrojem pro kvantovou metrologii, kde je cílem detekovat extrémně slabé signály s co nejvyšší přesností. Měřením toho, jak silně systém reaguje na vyrušení, lze tedy odvodit stupeň provázanosti přítomný v materiálu.“
Tým z Technické univerzity ve Vídni vyrobil krystal z ceru, palladia a křemíku – podivné slitiny, o které je již známo, že vykazuje velmi zajímavé kvantové vlastnosti, z nichž mnohé dosud nejsou plně pochopeny.
„V běžném materiálu by se dalo očekávat, že neutron předá svou energii jedné konkrétní částici,“ říkají autoři výzkumu. „Analýzou dat pomocí kvantové Fisherovy informace jsme však zjistili odezvu, kterou nelze vysvětlit z hlediska nezávislých částic. Namísto toho to naznačuje, že skupiny nejméně devíti kvantově provázaných entit jednají kolektivně.“ To poskytuje přímý důkaz o vysoké míře kvantového provázání více částic v pevné látce – makroskopickém objektu, který je dostatečně velký na to, abychom ho normálně vzali do dlaně.
Dalším cílem má být prozkoumat, zda by podivné kovy mohly jednoho dne najít uplatnění v kvantových technologiích – například při vysoce přesných měřeních v kvantové metrologii.
Federico Mazza et al, Quantum Fisher information in a strange metal, Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03298-0
Zdroj: Vienna University of Technology / Phys.org, přeloženo / zkráceno
