最新突破！ 日本科學家首次發現量子糾纏幽靈，受宇宙最小時間控制

8月5日，日本大阪大學團隊在一種特殊晶體中，首次直接觀測到了量子糾纏現象！

更令人驚訝的是，這個被愛因斯坦稱為“鬼魅般超距作用”的神秘現象，竟然受到宇宙最短時間單位——普朗克時間的嚴格控制。

這項發表在《npj Quantum Materials》上的最新研究，不僅讓我們第一次“看見”了量子糾纏的真面目，更為未來量子計算機的發展開闢了全新道路。
一塊“逼瘋”電子的神奇晶體

故事的主角是一種名為CeRhSn的材料，由鉀、銠、錫三種元素組成。 在這種材料裡，鉀原子排列成一種極其特殊的網狀結構，科學家稱之為“準戈薇晶格”。 如果把電子比作在迷宮中行走的人，那麼這個晶格就像是一個設計精巧的幾何迷宮，讓電子們徹底迷失了方向。

這種“幾何阻挫”效應的結果相當有趣，電子們原本在普通金屬中可以自由穿梭，但在這裡卻陷入了集體的“選擇困難症”。 它們不知道該往哪個方向走，該聽誰的指揮，於是開始瘋狂地相互作用。
更神奇的是，這種強烈的相互作用讓電子的有效品質暴增，變成了行動遲緩的“重費米子”。 實驗數據顯示，這些重電子的品質可以達到普通電子品質的幾十倍甚至上百倍。 它們完全不按常理出牌，行為無法用傳統的費米液體理論解釋，進入了物理學家稱為“非費米液體”的神秘狀態。

研究團隊通過精密的光學測量發現，這種材料在不同方向上表現出強烈的各向異性。 沿著a軸方向的電阻率比c軸方向高出3到5倍，這種巨大差異在普通金屬中是看不到的。 正是這種奇特的電子行為，為後續發現埋下了伏筆。

宇宙節拍器的神秘力量

如果說重電子是這齣戲的主角，那麼普朗克時間就是幕後導演。 這個宇宙中最短的時間單位，約為10^-43秒，短得難以想像——光在這麼短的時間里，連一個原子核的直徑都走不完。

但就是這個看似微不足道的時間單位，卻在掌控著CeRhSn晶體中重電子的命運。 研究團隊通過複雜的光學實驗發現，這些重電子的相互作用弛豫時間，恰好遵循普朗克時間的約束。

具體來說，科學家們觀察到了一種被稱為「動態普朗克標度」的現象。 當他們將不同溫度下測得的光導率數據，按照特定的方式進行歸一化處理后，所有數據點竟然完美地塌縮到了一條曲線上。 這條曲線的形狀，正好符合普朗克時間理論的預測。
而且，這種現象只在晶體的特定方向——也就是那個讓電子“迷路”的準戈薇平面上出現。 在垂直方向上，電子的行為雖然也很特殊，但並不遵循普朗克標度。 這種方向性告訴我們，材料的幾何結構與這種宇宙級時間標度之間存在著深刻的聯繫。

實驗數據顯示，在溫度低於80K的條件下，沿a軸方向的電子散射率與頻率的1次方成正比，這是系統處於量子臨界點附近的典型特徵。 而在c軸方向，這個比例關係則是1.5次方，表明系統稍微偏離了量子臨界點，但仍處於非費米液體狀態。
捕獲量子糾纏的“鬼魅”證據

那麼，這些看似技術性的發現到底意味著什麼？ 答案直指量子力學最神秘的現象——量子糾纏。

量子糾纏就像一根看不見的線，把兩個粒子緊緊連在一起。 無論它們相隔多遠，一個粒子狀態的改變都會瞬間影響到另一個，彷彿它們之間有心靈感應一般。 愛因斯坦對此感到不安，稱其為“鬼魅般的超距作用”，甚至試圖證明它不存在。

但現在，科學家們相信他們找到了量子糾纏的直接實驗證據。 研究團隊認為，在CeRhSn晶體中觀察到的動態普朗克標度，正是重電子處於量子糾纏狀態的有力證明。
為什麼這麼說？ 因為理論物理學家預測，當粒子處於強烈的量子糾纏狀態時，它們的行為會受到一種被稱為“普朗克耗散”的機制控制。 這種機制規定，糾纏粒子的弛豫時間不能短於普朗克時間，這正是宇宙為量子糾纏設定的“速度限制”。

實驗結果恰好驗證了這個預測。 研究團隊發現，重電子的弛豫時間確實遵循普朗克時間的約束，並且表現出理論預期的標度行為。 這種現象此前只在高溫超導體中被間接觀察到，在重費米子系統中還是第一次。

值得注意的是，這種量子糾纏只在特定的幾何結構中出現。 準戈薇晶格的幾何阻挫效應創造了一個獨特的環境，讓電子無法形成傳統的有序態，而是被迫進入一種高度糾纏的量子臨界態。
量子計算時代的曙光

這項發現的意義遠不止於驗證理論預測，它還為量子技術的發展指明瞭全新方向。

傳統的量子計算研究主要依賴人工製造的量子比特，這些系統極其脆弱，稍有干擾就會失去量子特性。 而CeRhSn這樣的材料為我們展示了另一種可能性：利用固體材料中天然存在的量子糾纏態。

這種材料中的重電子已經處於穩定的量子糾纏狀態，不需要額外的操控就能維持量子相幹性。 更重要的是，這種糾纏態受到普朗克時間這一宇宙基本常數的保護，具有天然的穩定性。

實驗數據顯示，即使在相對較高的溫度下（80K，約零下193攝氏度），這種量子效應仍然存在。 雖然這個溫度對日常生活來說很低，但對量子計算而言已經是相當“溫暖”的工作環境了。 許多人工量子系統需要在接近絕對零度的環境下才能工作。

此外，這種材料的各向異性特徵也提供了新的操控可能性。 通過改變電場或磁場的方向，我們或許能夠調控量子糾纏的強度和方向，實現更精細的量子操作。

當然，從基礎發現到實際應用還有很長的路要走。 科學家們需要進一步理解這種材料的量子特性，探索如何讀取和操控其中的量子資訊。 但這項發現無疑為量子計算技術開闢了一條全新的道路。
從更廣闊的視角看，這項研究揭示了：宇宙的基本規律在微觀世界中以最神奇的方式呈現。 普朗克時間這個看似抽象的理論概念，竟然在一塊小小的晶體中找到了具體的體現。

未來，隨著對這類材料研究的深入，我們或許真的能夠迎來一個全新的量子時代，在那裡，量子糾纏不再是實驗室里的奇特現象，而是改變世界的強大工具。