2026年6月16日——许多量子效应只有在研究少量粒子——例如，单个原子、分子或光子，并小心地将其与外界屏蔽时——才能被观察到。但由数量多到难以想象的粒子构成的宏观物体呢？它们是否也能展现出让我们能直接一窥量子世界的效应？

维也纳工业大学（TU Wien）的实验物理学家们如今证明这是可能的：他们研究了一种厘米大小的所谓“奇异金属”晶体，并证实了其中存在高度的量子纠缠。这得益于量子信息理论中一种明确定义的方法：量子Fisher信息。

这在固体物理学与量子物理学之间建立了一座新的桥梁：量子纠缠可以在宏观奇异金属材料中被直接量化。

猫还是蚂蚁？

量子理论的奇特论断是否也能适用于大型宏观物体的问题，几乎与量子理论本身一样古老。埃尔温·薛定谔曾提出一个著名问题：一只猫能否同时处于既死又活的状态。自那时起，许多实验都试图在越来越大的系统中刻意产生量子效应。

“我们的方法有所不同，”维也纳工业大学固体物理研究所的Silke Bühler-Paschen教授说。“我们并不试图让整个晶体处于两种状态的叠加态。我们问的是，它的组成部分是否集体处于这种纠缠态。”因此，这个实验与其说是让人联想到薛定谔的猫，不如说更像一个蚁丘：当蚁丘受到干扰时，起反应的并非单个蚂蚁，而是整个蚁群集体。

量子Fisher信息：纠缠增强灵敏度

这种方法的理论基础由因斯布鲁克大学的量子物理学家Peter Zoller及其团队建立。他们证明，可以使用量子Fisher信息的概念来检测即使是大型多体系统中的量子纠缠。

“量子Fisher信息量化了一个量子系统对某个变化的敏感程度，”Bühler-Paschen解释道。“对于一组独立的粒子，其响应是有限的，因为每个粒子各自做出贡献。然而，如果粒子之间存在纠缠，整个系统的响应可能会强于其各个部分的总和。这种增强的灵敏度正是纠缠成为量子计量学宝贵资源的原因，量子计量学的目标就是以最高精度探测极其微弱的信号。因此，通过测量系统对扰动的响应强度，可以推断出材料中存在的纠缠程度。”

维也纳工业大学团队制备了一种由铈、钯和硅制成的晶体——这是一种已知具有极其引人入胜的量子特性的奇异金属，其中许多特性至今尚未被完全理解。在法国格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所（ILL），博士生Federico Mazza用中子轰击该晶体，并测量了材料的响应。

一个中子提出一个问题——至少九个粒子回答

“在普通材料中，人们会预期一个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，它表明至少由九个量子纠缠实体组成的群体在集体行动。”这直接证明了固体——一个可以轻松握在手中的宏观物体——中存在高维多体量子纠缠。

背景：奇异金属研究

这项研究的科学动机是更好地理解该晶体的奇异金属行为——在其他材料类别（如高温超导体）中也观察到了这种行为。近年来，对这一课题的研究不断加强，越来越多的不寻常特性被揭示。在维也纳工业大学与美国莱斯大学的一项合作中，研究人员于2025年发现电流以令人惊讶地“安静”、低噪音的方式流过此类材料。如今，纠缠的发现为这一现象提供了一种新的可能解释：粒子并未消失，而是相互协调以抑制电流波动。

“我们在这里看到的并非某一种特定材料的细节，而是一个普遍的物理原理，”该研究的首席理论家、维尔茨堡大学的Fakher Assaad说。“强纠缠似乎与奇异金属的不寻常行为直接相关。”

“这些结果对我们来说是一个巨大的成功，”Silke Bühler-Paschen说。“它们证实了我们采用来自量子信息科学的方法来研究新型材料固体物理学的这种非传统方法，可以揭示根本性的新见解。”下一个目标已经设定：“我们希望两个领域之间的知识转移也能朝着另一个方向发挥作用。我们的目标是探索奇异金属是否有朝一日能在量子技术中找到应用——例如，用于量子计量学的高精度测量。”