科学家首次在宏观晶体中发现强量子纠缠

量子力学有一个很奇怪的特点。

两个粒子哪怕相隔遥远，也可能像共享同一个“大脑”一样保持同步。

爱因斯坦曾经把这种现象称为“鬼魅般的超距作用”，而今天，我们把它叫做量子纠缠。

过去几十年里，量子纠缠几乎一直活跃在微观世界。

几个原子、几个光子、几个电子。

实验室里的研究人员总是小心翼翼地把它们隔离起来，避免外界环境破坏这种脆弱的量子联系。

因为按照常识，一个系统越大，就越难保持量子特性。

一个电子容易纠缠。

一只猫就很难。

一块肉眼可见的固体晶体，更几乎被认为是不可能的事情。

然而最近，奥地利维也纳工业大学（TU Wien）领导的研究团队却宣布，他们在一块厘米级大小的奇异金属晶体中，直接探测到了极高程度的量子纠缠。

这意味着，量子纠缠不仅存在于微观世界，甚至能够在我们拿在手里的宏观物体中大规模存在。

相关研究发表于《Nature Physics》。

很多人第一次听到这个消息时都会产生一个疑问：

量子纠缠不是两个粒子之间的事情吗？

怎么会出现在一整块金属里？

答案恰恰隐藏在“奇异金属”这个名字里。

在传统金属中，电子运动基本遵循我们熟悉的物理规律。

它们像高速公路上的汽车一样移动。

虽然彼此会发生碰撞，但整体行为仍然可以被经典理论很好地描述。

然而奇异金属不同。

过去二十多年里，物理学家发现一些特殊材料表现出了大量无法解释的现象。

电阻变化异常。

热传导异常。

电子行为异常。

甚至连电流中的噪声都异常低。

它们似乎总是在挑战教科书。

更让科学家困惑的是，这些特性并非出现在某一种材料中。

高温超导体里有。

重费米子材料里也有。

各种看似毫不相关的体系都表现出了类似行为。

这意味着背后很可能隐藏着某种更加基础的物理机制。

为了寻找答案，研究团队把目光投向了一种由铈、钯和硅组成的奇异金属晶体。

这种材料本身就是量子材料研究领域里的“明星选手”。

过去许多令人费解的量子现象都曾在它身上出现。

这一次，研究人员想知道：

这些奇怪现象是否与量子纠缠有关？

问题在于，量子纠缠非常难测。

如果只有几个粒子，可以直接分析量子态。

但面对一块包含数以万亿亿计粒子的晶体，根本不可能一个一个去检查。

于是研究团队采用了一种来自量子信息科学的新工具。

量子费舍尔信息（Quantum Fisher Information）。

名字听起来有点拗口，但思想并不复杂。

假如你轻轻推一下一个系统。

如果系统里的粒子彼此独立，那么每个粒子只会按照自己的方式作出反应。

整体变化等于各部分反应简单相加。

但如果这些粒子处于量子纠缠状态，情况就完全不同了。

一个粒子的变化会影响整个系统。

整个系统会像一个整体那样行动。

因此，对外界扰动的敏感程度会远远超过各部分简单相加的结果。

换句话说：

纠缠越强，系统的反应就越剧烈。

而量子费舍尔信息，正是用来测量这种敏感程度的工具。

为了进行实验，研究人员把中子束射向晶体。

中子进入材料后，会把能量传递给内部粒子。

随后科学家观察整个晶体的响应。

按照传统理解，一个中子通常只能与单个粒子发生作用。

就像用手指轻轻碰一下人群中的一个人。

理论上，应该只有这个人受到影响。

但实验结果却完全不同。

研究人员发现，一个中子的作用竟然引发了远超预期的集体响应。

利用量子费舍尔信息分析后，他们得出了一个惊人的结论：

至少有九个量子实体同时参与了响应过程。

它们并不是各自独立行动。

而是在量子层面形成了一个整体。

换句话说，当一个中子提出问题时，至少有九个粒子一起给出了答案。

这已经不再是简单的粒子行为。

而是一种大规模、多体量子纠缠。

更重要的是，这种纠缠并非存在于几个原子构成的微观系统中。

它出现在一块厘米级大小的晶体内部。

这是一种真正意义上的宏观量子现象。

如果把传统量子实验比作观察几只蚂蚁，那么这次实验看到的更像是整个蚁群同时作出反应。

研究团队负责人西尔克·比勒-帕申教授形容说，这项研究与其说像薛定谔的猫，不如说像一座蚂蚁窝。

你碰一下蚂蚁窝。

响应你的不是某一只蚂蚁。

而是整个群体。

这项发现还有另一层重要意义。

近年来，科学家不断发现奇异金属拥有一些极其反常的性质。

例如2025年，维也纳工业大学与美国莱斯大学合作研究发现，电流在奇异金属中的流动异常安静。

噪声水平远低于理论预期。

这一直是一个难以解释的谜团。

如今，量子纠缠可能提供了答案。

粒子并没有消失。

它们只是以一种高度协同的方式共同运动。

就像一支训练有素的交响乐团。

每个成员都在演奏自己的部分。

但最终呈现出来的却是一个高度统一的整体。

这种协调性能够抑制随机波动，从而降低电流噪声。

更深层的问题则是：

这究竟是不是奇异金属独有的现象？

研究人员认为，也许不是。

他们怀疑，这背后可能揭示的是一种普遍存在于复杂量子材料中的基本规律。

如果这一猜想成立，那么强量子纠缠很可能正是许多神秘量子现象的共同源头。

包括高温超导、量子临界现象以及其他尚未完全理解的新型物态。

对于量子技术来说，这同样是一个令人兴奋的消息。

量子纠缠被认为是未来量子计算、量子通信和量子传感器的核心资源。

过去，人们通常依赖极度纯净、极度脆弱的微观系统来获得纠缠。

而如今，一种宏观固体材料竟然天然具备如此强烈的量子纠缠。

这意味着未来或许可以利用这些材料构建更加稳定、更容易操作的量子器件。

当然，现在谈应用还为时尚早。

但这项研究至少证明了一件事：

量子世界与宏观世界之间的边界，可能远没有我们想象得那么清晰。

几十年前，人们认为量子纠缠只属于原子和光子。

后来发现它可以出现在分子中。

再后来出现在超导体中。

如今，它又出现在一块能够握在手里的晶体里。

或许有一天，我们会发现整个宏观世界都隐藏着某种巨大的量子关联网络。

而这块不起眼的奇异金属晶体，只是人类第一次真正看见它的窗口。

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

Nature Physics

(2026).

DOI: 10.1038/s41567-026-03298-0）