Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Vienna (TU Wien) vừa công bố kết quả nghiên cứu tạo ra một mối liên hệ mới giữa thông tin lượng tử và vật lý chất rắn bằng cách chứng minh rằng sự vướng víu lượng tử có thể được đo trực tiếp trong một kim loại lạ ở cấp độ vĩ mô.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra mức độ vướng vía lượng tử cao, một trong những đặc điểm đáng chú ý nhất của vật lý lượng tử. Họ đã thực hiện điều này bằng cách sử dụng một kỹ thuật từ khoa học thông tin lượng tử được gọi là thông tin Fisher lượng tử.

Từ con mèo của Schrödinger đến tổ kiến

GS Silke Bühler-Paschen từ Viện Vật lý Chất rắn tại Đại học Kỹ thuật Vienna cho biết. "Chúng tôi không cố gắng đưa toàn bộ tinh thể vào trạng thái chồng chất của hai trạng thái. Thay vào đó, chúng tôi đặt câu hỏi liệu các thành phần cấu tạo của nó - một cách tập thể - có đang ở trong trạng thái vướng víu như vậy hay không."

Thay vì liên tưởng đến con mèo của Schrödinger, GS Bühler-Paschen cho rằng thí nghiệm này giống với một tổ kiến ​​hơn. Khi một tổ kiến ​​bị quấy rầy, phản ứng đến từ sự phối hợp của cả đàn chứ không phải từ bất kỳ con kiến ​​riêng lẻ nào.

Khung lý thuyết đằng sau thí nghiệm được phát triển bởi nhà vật lý lượng tử Peter Zoller đến từ Innsbruck và các đồng nghiệp của ông. Công trình của họ cho thấy thông tin Fisher lượng tử có thể được sử dụng để xác định sự vướng víu lượng tử ngay cả trong các hệ thống phức tạp được tạo thành từ số lượng lớn các hạt tương tác.

Đối với một tập hợp các hạt độc lập, phản ứng bị hạn chế vì mỗi hạt đóng góp riêng lẻ. Tuy nhiên, nếu các hạt bị vướng víu, toàn bộ hệ thống có thể phản ứng mạnh hơn tổng của các phần riêng lẻ.

Độ nhạy được tăng cường này chính là điều làm cho sự vướng víu trở thành một nguồn tài nguyên quý giá cho đo lường lượng tử, nơi người ta hướng đến việc phát hiện các tín hiệu cực nhỏ với độ chính xác cao nhất có thể. Bằng cách đo mức độ phản ứng của một hệ thống với một nhiễu loạn, người ta có thể suy ra mức độ vướng víu hiện có trong vật liệu.

Nói một cách đơn giản, một hệ thống liên kết mạnh sẽ phản ứng mạnh mẽ hơn với các nhiễu loạn so với một tập hợp các hạt độc lập, cho phép các nhà nghiên cứu ước tính mức độ liên kết hiện có.

Tinh thể kim loại kỳ lạ thể hiện hành vi lượng tử tập thể

Để kiểm chứng ý tưởng này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một tinh thể gồm xeri, palađi và silic. Vật liệu này thuộc nhóm kim loại kỳ lạ, vốn từ lâu đã thu hút sự quan tâm của các nhà vật lý vì chúng thể hiện những đặc tính lượng tử bất thường mà đến nay vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn.

Tại Viện Laue-Langevin (ILL) ở Grenoble, nghiên cứu sinh tiến sĩ Federico Mazza đã bắn các neutron vào tinh thể và đo phản ứng của nó.

Bằng cách phân tích dữ liệu bằng thông tin Fisher lượng tử, nhóm đã tìm thấy một phản ứng không thể giải thích bằng các hạt độc lập. Thay vào đó, nó cho thấy rằng các nhóm gồm ít nhất 9 thực thể vướng lượng tử hoạt động một cách tập thể.

Các phép đo cung cấp bằng chứng trực tiếp về sự vướng víu lượng tử đa phần mạnh mẽ bên trong một tinh thể rắn đủ lớn để nằm gọn trong lòng bàn tay.

Sự quan tâm đến các kim loại kỳ lạ đã tăng nhanh trong những năm gần đây khi các nhà khoa học tiếp tục khám phá ra những đặc tính bất ngờ. Năm 2025, các nhà nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Vienna và Đại học Rice đã báo cáo rằng dòng điện di chuyển qua các vật liệu này với nhiễu điện cực thấp.

Thay vì hoạt động độc lập, các hạt dường như phối hợp hành vi của chúng theo cách triệt tiêu sự dao động của dòng điện. Sự vướng víu mạnh mẽ dường như có liên hệ trực tiếp với hành vi bất thường của các kim loại lạ.

Nhóm nghiên cứu hiện đang hướng tới việc trao đổi ý tưởng ngược lại. Họ hy vọng sẽ xác định liệu các kim loại lạ cuối cùng có thể trở nên hữu ích cho các công nghệ lượng tử hay không, bao gồm cả các hệ thống đo lường lượng tử có độ nhạy cao, có khả năng phát hiện các tín hiệu cực nhỏ với độ chính xác vượt trội.