Совместная исследовательская группа из Японии наблюдала «тяжёлые фермионы» — электроны с резко увеличенной массой, демонстрирующие квантовую запутанность, управляемую временем Планка — фундаментальной единицей времени в квантовой механике. Это открытие открывает захватывающие возможности для использования этого явления в твёрдых материалах для разработки нового типа квантового компьютера. Результаты [опубликованы](https://www.nature.com/articles/s41535-025-00797-w) в npj Quantum Materials.
Тяжёлые фермионы возникают, когда проводящие электроны в твёрдом теле сильно взаимодействуют с локализованными магнитными электронами, что фактически увеличивает их массу. Это явление приводит к необычным свойствам, таким как нетрадиционная сверхпроводимость, и является центральной темой в физике конденсированных сред. Материал церий-родий-олово (CeRhSn), изученный в этом исследовании, принадлежит к классу систем с тяжёлыми фермионами и квази-кагоме-решётчатой структурой, известной своими эффектами геометрической фрустрации.
Исследователи изучили электронное состояние CeRhSn, известного проявлением поведения, не связанного с жидкостью Ферми, при относительно высоких температурах. Точные измерения спектров отражения CeRhSn показали, что поведение, не связанное с жидкостью Ферми, сохраняется вплоть до температуры, близкой к комнатной, причём время жизни тяжёлых электронов приближается к пределу Планка. Наблюдаемое спектральное поведение, описываемое одной функцией, убедительно свидетельствует о том, что тяжёлые электроны в CeRhSn действительно квантово запутаны.
Доктор Синъити Кимура из Университета Осаки, возглавлявший исследование, объясняет: «Наши результаты демонстрируют, что тяжёлые фермионы в этом квантовом критическом состоянии действительно запутаны, и эта запутанность контролируется временем Планка. Это прямое наблюдение является значительным шагом к пониманию сложного взаимодействия между квантовой запутанностью и поведением тяжёлых фермионов».
Квантовая запутанность является ключевым ресурсом для квантовых вычислений, а возможность контролировать её и управлять ею в твёрдых материалах, таких как CeRhSn, открывает потенциальный путь к новым архитектурам квантовых вычислений. Наблюдаемый в этом исследовании предел времени Планка предоставляет важную информацию для проектирования таких систем.
Дальнейшие исследования этих запутанных состояний могут революционизировать обработку квантовой информации и открыть новые возможности в квантовых технологиях. Это открытие не только продвигает наше понимание сильно коррелированных электронных систем, но и прокладывает путь для потенциальных приложений в квантовых технологиях следующего поколения.
Предоставлено [Университетом Осаки](https://www.osaka-u.ac.jp/en).