科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

日本大阪大學(xué)和廣島大學(xué)科學(xué)家合作，首次在鈰銠錫（CeRhSn）材料中直接觀測(cè)到受普朗克時(shí)間（量子力學(xué)最小時(shí)間單位）調(diào)控的重費(fèi)米子量子糾纏現(xiàn)象。這項(xiàng)發(fā)表于《自然》合作期刊《npj量子材料》的研究，為開發(fā)基于固態(tài)材料的新型量子計(jì)算機(jī)開辟了新途徑。

重費(fèi)米子是固體中傳導(dǎo)電子與局域磁性電子強(qiáng)相互作用形成的“增重版”電子，其引發(fā)的非常規(guī)超導(dǎo)等特性一直是凝聚態(tài)物理研究熱點(diǎn)。鈰銠錫材料具有獨(dú)特的準(zhǔn)籠目晶格結(jié)構(gòu)，以擁有“幾何阻挫效應(yīng)”著稱。幾何阻挫效應(yīng)指某些特定幾何結(jié)構(gòu)的物理系統(tǒng)，由于無法同時(shí)滿足內(nèi)部所有競(jìng)爭(zhēng)相互作用，系統(tǒng)無法達(dá)到能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)，而引發(fā)一系列奇異量子現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在幾何阻挫作用下，鈰銠錫內(nèi)電子的有效質(zhì)量急劇增加，形成重費(fèi)米子。更驚人的是，在高溫環(huán)境下，這些重費(fèi)米子不再遵守普通金屬世界里的規(guī)則，而是變?yōu)榉琴M(fèi)米子液體，其壽命更逼近10-43秒的普朗克時(shí)間極限。

精確的光譜分析證實(shí)，這些重費(fèi)米子的行為特征符合量子糾纏的數(shù)學(xué)描述，且糾纏持續(xù)時(shí)間受普朗克時(shí)間調(diào)控，就像微觀世界里出現(xiàn)的一種轉(zhuǎn)瞬即逝的“量子舞蹈”。量子糾纏被愛因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”，指兩個(gè)粒子無論相隔多遠(yuǎn)，都像有一根無形的線連著，一個(gè)粒子的狀態(tài)發(fā)生改變，另一個(gè)粒子會(huì)瞬間感知并隨之改變。

最新發(fā)現(xiàn)不僅幫科學(xué)家進(jìn)一步深化了對(duì)量子糾纏本質(zhì)以及重費(fèi)米子之間復(fù)雜相互作用的理解，更開辟了在固態(tài)材料中操控量子態(tài)，從而構(gòu)建新型量子計(jì)算機(jī)的新途徑。 對(duì)這類糾纏態(tài)持續(xù)開展深入研究，或?qū)榱孔油ㄐ?、量子?jì)算等領(lǐng)域帶來全新解決方案。