Учени от Националната лаборатория в Лос Аламос и Университета на Мисури постигнаха пробив, който позволява директно откриване и измерване на квантовото заплитане в твърди тела. Досега това явление беше трудно за доказване в сложни материали с трилиони взаимодействащи частици.
Новият метод използва прецизирано неутронно разсейване – техника, съществуваща от 50-те години на миналия век. Изследователите изстрелват неутрони към материала и анализират начина, по който те се отразяват. Тези „отпечатъци“ разкриват информация за подредбата на атомите и техните квантови свойства.
Ключът към успеха е интегрирането на математическата концепция, наречена Квантова информационна матрица на Фишер (QFI). QFI действа като „метър“ за заплитане, определяйки минималния брой частици, които трябва да бъдат заплетени, за да се произведе наблюдаваният сигнал. Това позволява на учените да измерват нивото на заплитане дори без перфектен теоретичен модел или при наличие на примеси в пробата.
„Установихме, че методът работи на 100 процента“, казва Алън Шайе, физик от Лос Аламос. За да тестват подхода, екипът е изследвал добре познати магнитни материали, като кристал от калий, мед и флуор. Резултатите показват поразително съвпадение между експерименталните данни и теоретичните симулации.
Тази гъвкава техника може да преобрази начина, по който изследваме квантовите материали. Тези с високо ниво на заплитане могат да се превърнат в основа за бъдещи квантови компютри или свръхсигурни комуникационни мрежи.
Следващата стъпка за екипа е проучване на квантовите фазови преходи – моменти, в които материалите рязко променят състоянието си под влияние на квантови ефекти. Теорията предвижда, че в тези критични точки заплитането нараства драматично, но досегашните модели често се провалят в описанието на процеса. Новият инструмент ще позволи на физиците да видят какво се случва в действителност, проправяйки път към нови открития.
Изследването беше представено на Глобалната среща на върха по физика на Американското физическо дружество. То хвърля светлина върху невидимите квантови връзки, които държат материята заедно, превръщайки една теоретична идея в практичен лабораторен инструмент.