科學家首次在宏觀晶體中發現強量子糾纏

量子力學有一個很奇怪的特點。

兩個粒子哪怕相隔遙遠，也可能像共享同一個“大腦”一樣保持同步。

愛因斯坦曾經把這種現象稱為“鬼魅般的超距作用”，而今天，我們把它叫做量子糾纏。

過去幾十年里，量子糾纏幾乎一直活躍在微觀世界。

幾個原子、幾個光子、幾個電子。

實驗室里的研究人員總是小心翼翼地把它們隔離起來，避免外界環境破壞這種脆弱的量子聯系。

因為按照常識，一個系統越大，就越難保持量子特性。

一個電子容易糾纏。

一只貓就很難。

一塊肉眼可見的固體晶體，更幾乎被認為是不可能的事情。

然而最近，奧地利維也納工業大學（TU Wien）領導的研究團隊卻宣布，他們在一塊厘米級大小的奇異金屬晶體中，直接探測到了極高程度的量子糾纏。

這意味著，量子糾纏不僅存在于微觀世界，甚至能夠在我們拿在手里的宏觀物體中大規模存在。

相關研究發表于《Nature Physics》。

很多人第一次聽到這個消息時都會產生一個疑問：

量子糾纏不是兩個粒子之間的事情嗎？

怎么會出現在一整塊金屬里？

答案恰恰隱藏在“奇異金屬”這個名字里。

在傳統金屬中，電子運動基本遵循我們熟悉的物理規律。

它們像高速公路上的汽車一樣移動。

雖然彼此會發生碰撞，但整體行為仍然可以被經典理論很好地描述。

然而奇異金屬不同。

過去二十多年里，物理學家發現一些特殊材料表現出了大量無法解釋的現象。

電阻變化異常。

熱傳導異常。

電子行為異常。

甚至連電流中的噪聲都異常低。

它們似乎總是在挑戰教科書。

更讓科學家困惑的是，這些特性并非出現在某一種材料中。

高溫超導體里有。

重費米子材料里也有。

各種看似毫不相關的體系都表現出了類似行為。

這意味著背后很可能隱藏著某種更加基礎的物理機制。

為了尋找答案，研究團隊把目光投向了一種由鈰、鈀和硅組成的奇異金屬晶體。

這種材料本身就是量子材料研究領域里的“明星選手”。

過去許多令人費解的量子現象都曾在它身上出現。

這一次，研究人員想知道：

這些奇怪現象是否與量子糾纏有關？

問題在于，量子糾纏非常難測。

如果只有幾個粒子，可以直接分析量子態。

但面對一塊包含數以萬億億計粒子的晶體，根本不可能一個一個去檢查。

于是研究團隊采用了一種來自量子信息科學的新工具。

量子費舍爾信息（Quantum Fisher Information）。

名字聽起來有點拗口，但思想并不復雜。

假如你輕輕推一下一個系統。

如果系統里的粒子彼此獨立，那么每個粒子只會按照自己的方式作出反應。

整體變化等于各部分反應簡單相加。

但如果這些粒子處于量子糾纏狀態，情況就完全不同了。

一個粒子的變化會影響整個系統。

整個系統會像一個整體那樣行動。

因此，對外界擾動的敏感程度會遠遠超過各部分簡單相加的結果。

換句話說：

糾纏越強，系統的反應就越劇烈。

而量子費舍爾信息，正是用來測量這種敏感程度的工具。

為了進行實驗，研究人員把中子束射向晶體。

中子進入材料后，會把能量傳遞給內部粒子。

隨后科學家觀察整個晶體的響應。

按照傳統理解，一個中子通常只能與單個粒子發生作用。

就像用手指輕輕碰一下人群中的一個人。

理論上，應該只有這個人受到影響。

但實驗結果卻完全不同。

研究人員發現，一個中子的作用竟然引發了遠超預期的集體響應。

利用量子費舍爾信息分析后，他們得出了一個驚人的結論：

至少有九個量子實體同時參與了響應過程。

它們并不是各自獨立行動。

而是在量子層面形成了一個整體。

換句話說，當一個中子提出問題時，至少有九個粒子一起給出了答案。

這已經不再是簡單的粒子行為。

而是一種大規模、多體量子糾纏。

更重要的是，這種糾纏并非存在于幾個原子構成的微觀系統中。

它出現在一塊厘米級大小的晶體內部。

這是一種真正意義上的宏觀量子現象。

如果把傳統量子實驗比作觀察幾只螞蟻，那么這次實驗看到的更像是整個蟻群同時作出反應。

研究團隊負責人西爾克·比勒-帕申教授形容說，這項研究與其說像薛定諤的貓，不如說像一座螞蟻窩。

你碰一下螞蟻窩。

響應你的不是某一只螞蟻。

而是整個群體。

這項發現還有另一層重要意義。

近年來，科學家不斷發現奇異金屬擁有一些極其反常的性質。

例如2025年，維也納工業大學與美國萊斯大學合作研究發現，電流在奇異金屬中的流動異常安靜。

噪聲水平遠低于理論預期。

這一直是一個難以解釋的謎團。

如今，量子糾纏可能提供了答案。

粒子并沒有消失。

它們只是以一種高度協同的方式共同運動。

就像一支訓練有素的交響樂團。

每個成員都在演奏自己的部分。

但最終呈現出來的卻是一個高度統一的整體。

這種協調性能夠抑制隨機波動，從而降低電流噪聲。

更深層的問題則是：

這究竟是不是奇異金屬獨有的現象？

研究人員認為，也許不是。

他們懷疑，這背后可能揭示的是一種普遍存在于復雜量子材料中的基本規律。

如果這一猜想成立，那么強量子糾纏很可能正是許多神秘量子現象的共同源頭。

包括高溫超導、量子臨界現象以及其他尚未完全理解的新型物態。

對于量子技術來說，這同樣是一個令人興奮的消息。

量子糾纏被認為是未來量子計算、量子通信和量子傳感器的核心資源。

過去，人們通常依賴極度純凈、極度脆弱的微觀系統來獲得糾纏。

而如今，一種宏觀固體材料竟然天然具備如此強烈的量子糾纏。

這意味著未來或許可以利用這些材料構建更加穩定、更容易操作的量子器件。

當然，現在談應用還為時尚早。

但這項研究至少證明了一件事：

量子世界與宏觀世界之間的邊界，可能遠沒有我們想象得那么清晰。

幾十年前，人們認為量子糾纏只屬于原子和光子。

后來發現它可以出現在分子中。

再后來出現在超導體中。

如今，它又出現在一塊能夠握在手里的晶體里。

或許有一天，我們會發現整個宏觀世界都隱藏著某種巨大的量子關聯網絡。

而這塊不起眼的奇異金屬晶體，只是人類第一次真正看見它的窗口。

（Federico Mazza et al, Quantum Fisher information in a strange metal,

Nature Physics

(2026).

DOI: 10.1038/s41567-026-03298-0）