L’intrication quantique est généralement l’apanage d’expériences minutieusement contrôlées : quelques ions piégés, une poignée de photons, un petit réseau de qubits supraconducteurs. L’idée que l’intrication puisse exister dans la matière solide ordinaire, un cristal que l’on peut tenir dans la main, était attendue théoriquement mais extraordinairement difficile à prouver.
Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de Technologie de Vienne (TU Wien), de l’Université de Wuerzburg et de l’Université Rice ont réussi exactement cela. En utilisant des données de diffusion de neutrons analysées à travers le prisme de l’information de Fisher quantique, un outil issu de la théorie de l’information quantique, ils ont montré qu’un cristal à l’échelle centimétrique du métal étrange Ce₃Pd₂₀Si₆ contient des groupes d’au moins neuf entités quantiquement intriquées agissant collectivement. Le résultat a été publié le 15 juin dans Nature Physics.
« Ce n’est pas un détail propre à un matériau particulier, mais un principe physique général », a déclaré Fakher Assaad, physicien théoricien à l’Université de Wuerzburg. « Une forte intrication semble être directement liée au comportement inhabituel des métaux étranges. »
Mesurer l’immensurable
Le matériau en question, Ce₃Pd₂₀Si₆ (un composé de cérium, de palladium et de silicium), est un « métal étrange », une classe de matériaux dont la résistivité électrique augmente linéairement avec la température, défiant le comportement conventionnel en T² des métaux ordinaires. Les métaux étranges se rencontrent parmi les supraconducteurs à haute température, les composés à fermions lourds et le graphène bicouche torsadé, et leurs propriétés de transport anormales intriguent les physiciens depuis des décennies.
L’équipe de la TU Wien a utilisé le spectromètre ThALES à neutrons froids à triple axe à l’Institut Laue-Langevin (ILL) à Grenoble, en France, pour projeter des neutrons sur le cristal et mesurer les corrélations de spin dynamiques, c’est-à-dire comment les fluctuations magnétiques dans le matériau répondent au transfert d’énergie. À partir de ces données, ils ont calculé l’information de Fisher quantique (QFI), une grandeur de la métrologie quantique qui quantifie la sensibilité d’un système quantique à une perturbation.
La logique est simple : des particules indépendantes ne peuvent produire qu’une réponse collective limitée. Si la réponse mesurée dépasse cette limite, les particules doivent être intriquées. À une température de 60 millikelvins, juste au-dessus du zéro absolu, l’équipe a mesuré une valeur QFI de 8,2, correspondant à une profondeur d’intrication d’au moins neuf particules. La profondeur réelle pourrait être bien plus grande : les auteurs notent que leur estimation est une borne inférieure conservative et que le nombre réel d’entités intriquées pourrait être supérieur de plusieurs ordres de grandeur si le moment magnétique induit dans le matériau est plus petit que supposé.
« Ce ne sont pas seulement des paires de particules intriquées », a déclaré Federico Mazza, premier auteur de l’étude et doctorant à la TU Wien. « C’est de l’intrication multipartite, un état quantique véritablement collectif impliquant de nombreuses parties simultanément. »
Ce que cela signifie pour les métaux étranges
Le résultat fournit une explication microscopique du comportement des métaux étranges. Dans un métal conventionnel, les porteurs de charge (électrons) se comportent comme des particules indépendantes et leurs interactions peuvent être traitées de manière perturbative. Dans un métal étrange, la forte intrication découverte dans cette étude signifie que les porteurs perdent leur caractère particulaire, ils ne sont plus des entités indépendantes mais des parties d’un état quantique collectif. Cela explique pourquoi les métaux étranges présentent des propriétés aussi inhabituelles, notamment un bruit électrique ultra-faible, que le même groupe a rapporté en 2025.
« C’est la première mesure directe d’une forte intrication multipartite dans un solide macroscopique », a déclaré Silke Paschen, l’expérimentatrice principale à la TU Wien. « Cela ouvre une façon complètement nouvelle de penser les matériaux quantiques. »
Les travaux valident également un cadre théorique : l’approche QFI pour détecter l’intrication dans la matière condensée a été développée relativement récemment (Hauke et al., Nature Physics, 2016), et c’est l’une de ses applications les plus frappantes. Les chercheurs ont utilisé des simulations de Monte Carlo quantique sur le supercalculateur SUPERMUC-NG en Allemagne pour confirmer leurs résultats expérimentaux, montrant qu’un modèle de destruction de Kondo, un cadre théorique spécifique pour la criticité quantique dans les systèmes à fermions lourds, reproduit l’augmentation sans échelle de la QFI au point critique quantique.
Une nouvelle sonde pour les matériaux quantiques
La signification s’étend au-delà d’un seul matériau. La technique QFI-diffusion de neutrons peut maintenant être appliquée à d’autres plates-formes de métaux étranges : les supraconducteurs à cuprates, les pnictures à base de fer, les conducteurs organiques et les matériaux moiré tels que le graphène bicouche torsadé. Si une forte intrication est effectivement une caractéristique universelle des métaux étranges, cela unifierait un ensemble disparate de phénomènes sous un seul principe quantique.
Les mises en garde sont typiques des mesures à la frontière de la physique de la matière condensée. L’intrication est déduite de l’analyse QFI, non mesurée directement ; la profondeur d’intrication rapportée est une borne inférieure ; les mesures ont été effectuées à un seul vecteur d’onde, non cartographiées sur toute la zone de Brillouin ; et la technique nécessite des températures ultra-basses et une haute résolution énergétique, ce qui la rend loin d’être un outil de caractérisation de routine.
Néanmoins, le résultat établit que l’intrication quantique macroscopique existe dans la matière solide ordinaire, et qu’elle peut être détectée et quantifiée. Pour un domaine qui a passé des décennies à construire des systèmes intriqués toujours plus grands atome par atome, c’est un rappel que la nature le fait peut-être déjà à grande échelle, dans des matériaux qui traînent sur les étagères des laboratoires depuis toujours.
Traduit par Lydie
Source : Mazza, F., Biswas, S., Yan, X. et al. « Quantum Fisher information in a strange metal. » Nature Physics (2026). DOI : 10.1038/s41567-026-03298-0