一块能握在手里的晶体，内部纠缠了至少九个粒子——这是量子力学在宏观尺度上最响亮的回声

量子纠缠向来是微观世界的特权。两颗光子、一对离子、几粒超导比特——实验室里最精密的纠缠演示，全都小心翼翼地控制在极少粒子上。粒子一多，环境噪声就蜂拥而入，脆弱的量子关联碎成一地。这也是薛定谔那只既死又活的猫之所以是“思想实验”的原因：宏观物体由万亿亿亿个粒子组成，想让它们集体进入量子叠加或纠缠态，在物理直觉上几乎是不可能的。退相干会把任何宏观量子性洗得干干净净。

但维也纳工业大学和因斯布鲁克大学的联合团队，刚刚在一种厘米尺度的晶体里，检测到了高度多体量子纠缠。他们不是用精巧的激光脉冲把整块晶体“赶”进量子态，而是用一束中子轻轻撞了一下这块晶体，然后从它的反应里读出了纠缠的证据：至少九个粒子在集体行动，不是一个接一个地响应，而是作为一个整体同步响应。论文发表在《自然·物理》上。

从蚁群到量子费舍信息

这块晶体是一种“奇异金属”——铈钯硅化合物。奇异金属是强关联电子家族里最叛逆的成员。它们的电阻在低温下不按费米液体的规则出牌，准粒子图像崩溃，电子似乎失去了独立身份。过去几年，这个团队已经发现奇异金属里电流的噪声异常低——电子像被集体同步了，不再各自随机散射。这让物理学家怀疑，奇异金属内部可能存在大量纠缠。

但怎么测量一块厘米尺寸晶体的内部纠缠？传统纠缠度量——比如并发度、负值、纠缠熵——全部要求对系统做量子态层析，而这在宏观固体里是不可能的：你没法对一块金属里的1023个电子做全态层析。

论文通讯作者比勒-帕申说，解决这个问题的方法来自因斯布鲁克的量子信息理论家彼得·佐勒。佐勒指出，量子费舍信息可以用来在宏观多体系统里检测纠缠。量子费舍信息是一个从量子计量学里借来的概念：它量化一个量子态对外部扰动有多敏感。如果是N个各自独立的粒子，它们对外部扰动的总响应就是单个粒子响应的N倍——每个粒子贡献一份，互不干涉。但如果这N个粒子是纠缠的，它们的集体响应可以远超N倍——这是量子计量学里“海森堡极限”的物理根源。因此，测量系统对外部扰动的响应强度，就能反推出它的纠缠程度。

一颗中子问了一个问题，至少九个粒子同时回答

实验在法国格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所完成。博士生马扎用一束中子轰击铈钯硅晶体，测量中子散射谱。中子是电中性的，它不和电子云作用，只和原子核以及磁矩作用。中子散射谱记录了中子损失了多少能量、偏转了多少角度——这两个量合在一起，就是系统内部激发的能量和动量指纹。

在普通材料里，一颗中子撞进来，会把能量交给一个独立的粒子——比如激发一个声子或翻转一个自旋。散射谱上会看到清晰的单粒子激发峰。但在这块奇异金属里，谱线形状不符合任何单粒子或独立多粒子模型的预测。马扎和同事们用量子费舍信息去分析谱的强度分布，结果发现：至少九个粒子在作为一个纠缠整体响应中子撞击。不是九次独立散射事件的统计平均，而是九个粒子共享同一个量子态，对中子做出同步反应。

比勒-帕申说：“量子费舍信息量化了一个量子系统对变化的敏感程度。对于一组独立的粒子，响应是有限的，因为每个粒子各自贡献。但如果粒子是纠缠的，整个系统的响应可以超过其各部分之和。这种增强的灵敏度正是纠缠成为量子计量学宝贵资源的原因。”

纠缠是奇异金属“安静导电”的幕后导演

这项发现为2025年同一团队的另一项实验提供了机制解释。那一年，他们发现奇异金属里的电流噪声极低——比同等电阻的普通金属安静得多。电子似乎不再是各自随机运动的个体，而是被某种集体秩序约束着。

现在，量子费舍信息给出的纠缠证据，恰好能解释这种安静：电子没有消失，它们只是被纠缠成了一个集体。纠缠让电子的涨落从独立随机变成同步相干。同步的涨落会相消干涉，总噪声被抑制。这是量子多体物理里一个优美至极的机制——纠缠本身成为噪声的抑制剂。

论文理论合作者、维尔茨堡大学的阿萨德说：“我们在这里看到的不是某一特定材料的细节，而是一个普遍物理原理。强纠缠似乎与奇异金属的异常行为直接相关。”

量子信息科学与凝聚态物理的桥梁

这项工作最深远的意义，不在于奇异金属本身，而在于它架起了一座方法论桥梁。过去，量子信息科学和凝聚态物理是两个各自独立、偶尔遥望的学科。量子信息学家研究少体纠缠、量子比特、量子纠错；凝聚态物理学研究多体相变、超导、磁性。两者之间缺乏可互操作的测量语言。

量子费舍信息打破了这道屏障。它是第一个可以直接在凝聚态实验（中子散射、输运测量、比热）中被提取、又能直接被量子信息理论解释的纠缠度量。因斯布鲁克理论团队和维也纳实验团队的这次联手，证明这条路不仅理论上可行，实验上也已经跑通。

比勒-帕申说：“我们不同寻常的方法——将量子信息科学的方法用于新材料固体物理研究——可以揭示根本性的新见解，这个成果是对我们的巨大鼓舞。下一步，我们想让知识在两个领域之间双向流动：探索奇异金属是否有一天能在量子技术中找到应用，例如在量子计量学的高精度测量中。”

一块厘米尺度的奇异金属晶体，被一颗中子轻轻推了一下。它的内部回应不是一堆独立粒子的嘈杂合唱，而是一小群被纠缠锁定的粒子的同步呼吸。这也许是量子力学自薛定谔猫以来，在宏观物体内部测到的最响亮的量子回声。它不是人为制备的脆弱叠加态，而是自发涌现的、被强关联电子系统自己维持的集体纠缠。当凝聚态物理和量子信息科学终于在费舍信息的框架下握手，那些被长期当作“怪异噪声”的强关联现象，突然有了新的物理坐标。