科技日報記者 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）材料中直接觀測到受普朗克時間（量子力學(xué)最小時間單位）調(diào)控的重費米子量子糾纏現(xiàn)象。這項發(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)材料的新型量子計算機開辟了新途徑。

重費米子是固體中傳導(dǎo)電子與局域磁性電子強相互作用形成的“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。鈰銠錫材料具有獨特的準(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)，由于無法同時滿足內(nèi)部所有競爭相互作用，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。

實驗發(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，形成重費米子。更驚人的是，在高溫環(huán)境下，這些重費米子不再遵守普通金屬世界里的規(guī)則，而是變?yōu)榉琴M米子液體，其壽命更逼近10-43秒的普朗克時間極限。

精確的光譜分析證實，這些重費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)時間受普朗克時間調(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”，指兩個粒子無論相隔多遠(yuǎn)，都像有一根無形的線連著，一個粒子的狀態(tài)發(fā)生改變，另一個粒子會瞬間感知并隨之改變。

最新發(fā)現(xiàn)不僅幫科學(xué)家進(jìn)一步深化了對量子糾纏本質(zhì)以及重費米子之間復(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)建新型量子計算機的新途徑。 對這類糾纏態(tài)持續(xù)開展深入研究，或?qū)榱孔油ㄐ?、量子計算等領(lǐng)域帶來全新解決方案。