量子纠缠通常是精密控制实验的领域：几个捕获离子、少量光子、一小排超导量子比特。纠缠可以存在于普通固体物质——一个可以握在手中的晶体——中的想法在理论上已被预期，但证明起来却异常困难。
现在，维也纳技术大学（TU Wien）、维尔茨堡大学和莱斯大学的研究人员恰恰做到了这一点。利用通过量子费舍尔信息（一种量子信息论工具）的视角分析的中子散射数据，他们证明了一个厘米尺度的奇异金属Ce₃Pd₂₀Si₆晶体包含至少九个集体作用的量子纠缠实体群组。该结果于6月15日发表在《自然·物理》上。
“这不是某一特定材料的细节，而是一个普遍的物理原理，”维尔茨堡大学的理论物理学家Fakher Assaad说。”强纠缠似乎与奇异金属的异常行为直接相关。”
测量不可测量之物
这种材料Ce₃Pd₂₀Si₆（一种铈、钯和硅的化合物）是一种”奇异金属”，这是一类电阻率随温度线性增加的材料，违背了普通金属的常规T²行为。奇异金属存在于高温超导体、重费米子化合物和扭转双层石墨烯中，其反常的输运特性数十年来一直困扰着物理学家。
TU Wien团队使用了位于法国格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所（ILL）的ThALES冷中子三轴谱仪，向晶体发射中子并测量动态自旋关联，也就是材料中的磁涨落如何响应能量转移。从这些数据中，他们计算出了量子费舍尔信息（QFI），这是量子计量学中的一个量，用于量化量子系统对扰动的敏感程度。
逻辑很简单：独立的粒子只能产生有限的集体响应。如果测得的响应超过这一界限，那么粒子必然是纠缠的。在60毫开尔文（接近绝对零度）的温度下，该团队测量到了8.2的QFI值，对应至少九个粒子的纠缠深度。实际深度可能大得多：作者指出，他们的估计是一个保守的下界，如果材料中感应的磁矩小于假设值，那么纠缠实体的实际数量可能高出几个数量级。
“这些不仅仅是纠缠粒子对，”该研究的第一作者、TU Wien的博士生Federico Mazza说。”这是多体纠缠，一种真正集体性的量子态，同时涉及多个参与者。”
对奇异金属意味着什么
这一结果为奇异金属行为提供了微观解释。在常规金属中，电荷载流子（电子）像独立粒子一样行为，它们的相互作用可以通过微扰论处理。在奇异金属中，本研究发现强纠缠意味着载流子失去了类粒子特性，它们不再是独立的实体，而是集体量子态的一部分。这解释了为什么奇异金属表现出如此不寻常的特性，包括同一研究组在2025年报告的超低电噪声。
“这是首次直接测量宏观固体中的强多体纠缠，”TU Wien的首席实验学家Silke Paschen说。”它为思考量子材料开辟了一个全新的方式。”
这项工作也验证了一个理论框架：用于检测凝聚态物质中纠缠的QFI方法是相对较新发展的（Hauke等人，《自然·物理》，2016年），这是其最引人注目的应用之一。研究人员利用在德国SUPERMUC-NG超级计算机上运行的量子蒙特卡洛模拟来确认他们的实验结果，表明近藤破坏模型——重费米子系统量子临界性的一个特定理论框架——再现了量子临界点处QFI的无标度增长。
量子材料的新探针
其意义超越了单一材料。QFI-中子散射技术现在可以应用于其他奇异金属平台：铜酸盐超导体、铁基磷族化物、有机导体以及扭转双层石墨烯等莫尔材料。如果强纠缠确实是奇异金属的普遍特征，它将把一系列不同的现象统一在单一的量子原理之下。
需要注意的是，这些测量处于凝聚态物理的前沿，存在典型的局限性。纠缠是从QFI分析推断出来的，而非直接测量；报告的纠缠深度是一个下界；测量仅在单个波矢上进行，而非跨越整个布里渊区；而且该技术需要超低温和高能量分辨率，远非一种常规表征工具。
尽管如此，这一结果确立了宏观量子纠缠存在于普通固体物质中，并且可以被检测和量化。对于一个花费数十年时间原子接原子地构建越来越大的纠缠系统的领域而言，这是一个提醒：大自然可能已经在实验室架子上一直放置的材料中大规模地做到了这一点。
婷 翻译
来源： Mazza, F., Biswas, S., Yan, X. 等。”Quantum Fisher information in a strange metal.”《自然·物理》(2026). DOI：10.1038/s41567-026-03298-0