科学家直接观测到重费米子量子纠缠

新湖南 • 科技前沿

2025-08-11 16:56:12

日本大阪大学和广岛大学科学家合作，首次在铈铑锡（CeRhSn）材料中直接观测到受普朗克时间（量子力学最小时间单位）调控的重费米子量子纠缠现象。这项发表于《自然》合作期刊《npj量子材料》的研究，为开发基于固态材料的新型量子计算机开辟了新途径。

铈铑锡晶体内重费米子发生量子纠缠（艺术图）。图片来源：日本大阪大学

重费米子是固体中传导电子与局域磁性电子强相互作用形成的“增重版”电子，其引发的非常规超导等特性一直是凝聚态物理研究热点。铈铑锡材料具有独特的准笼目晶格结构，以拥有“几何阻挫效应”著称。几何阻挫效应指某些特定几何结构的物理系统，由于无法同时满足内部所有竞争相互作用，系统无法达到能量最低的稳定状态，而引发一系列奇异量子现象。

实验发现，在几何阻挫作用下，铈铑锡内电子的有效质量急剧增加，形成重费米子。更惊人的是，在高温环境下，这些重费米子不再遵守普通金属世界里的规则，而是变为非费米子液体，其寿命更逼近 10-43 秒的普朗克时间极限。

精确的光谱分析证实，这些重费米子的行为特征符合量子纠缠的数学描述，且纠缠持续时间受普朗克时间调控，就像微观世界里出现的一种转瞬即逝的“量子舞蹈”。量子纠缠被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”，指两个粒子无论相隔多远，都像有一根无形的线连着，一个粒子的状态发生改变，另一个粒子会瞬间感知并随之改变。

最新发现不仅帮科学家进一步深化了对量子纠缠本质以及重费米子之间复杂相互作用的理解，更开辟了在固态材料中操控量子态，从而构建新型量子计算机的新途径。对这类纠缠态持续开展深入研究，或将为量子通信、量子计算等领域带来全新解决方案。

责编：张春祥

一审：张春祥

二审：刘文韬

三审：杨又华

来源：科普中国

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