Fast ein Jahrhundert lang haben Physikerinnen und Physiker die Quantenverschränkung als zerbrechliche Eigenschaft des sehr Kleinen behandelt — ein Paar Photonen, eine Handvoll Atome, sorgfältig abgeschirmt vom Lärm der Alltagswelt. Eine in Nature Physics veröffentlichte Studie zeigt sie nun auf weit größerer Bühne: in einem zentimetergroßen Kristall, den man bequem in einer Hand halten kann.
Geleitet wurde die Arbeit von Experimentalphysikerinnen und -physikern der TU Wien, gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der Universität Würzburg, der Rice University und des Institut Laue-Langevin (ILL) in Grenoble. Ihre Probe war ein „Strange Metal" aus Cer, Palladium und Silizium, Ce3Pd20Si6 — ein Material, das seit Langem für ein Quantenverhalten bekannt ist, das die Fachwelt noch immer nur teilweise versteht.
Statt den gesamten Kristall in eine Überlagerung im Stil von Schrödingers Katze zu bringen, stellte das Team eine andere Frage: Sind die unzähligen Bestandteile des Kristalls gemeinsam in einen verschränkten Zustand eingebunden? Prof. Silke Bühler-Paschen vergleicht das mit einem Ameisenhaufen — stört man ihn, reagiert nicht eine einzelne Ameise, sondern die gesamte Kolonie als Ganzes.
Neun Partner, mit Neutronen gemessen
Um dieses kollektive Verhalten auszulesen, griffen die Forschenden zu einem Werkzeug aus der Quanteninformationstheorie, der Quanten-Fisher-Information, die misst, wie empfindlich ein System auf eine kleine Störung reagiert. Eine Ansammlung unabhängiger Teilchen kann nur begrenzt reagieren; ein verschränktes System reagiert stärker als die Summe seiner Teile. Die theoretische Grundlage legten der Innsbrucker Physiker Peter Zoller und seine Kolleginnen und Kollegen.
Am ILL beschoss der Doktorand Federico Mazza den Kristall mit Neutronen am Kalte-Neutronen-Spektrometer ThALES, kühlte die Probe auf 60 Millikelvin ab und stellte ein Magnetfeld von 1,73 Tesla ein — genau jenen Punkt, an dem das Material am Rand eines Übergangs steht, der mit dem Zusammenbruch der sogenannten Kondo-Abschirmung verbunden ist. „In einem normalen Material würde man erwarten, dass ein Neutron seine Energie auf ein einzelnes Teilchen überträgt", sagte Mazza. Stattdessen wiesen die Daten auf Gruppen von mindestens neun verschränkten Einheiten hin, die gemeinsam agieren — laut den Autoren die größte Verschränkungstiefe, die bislang in einem Quantenmaterial berichtet wurde.
Der Befund liefert zugleich einen Hinweis auf ein Rätsel. 2025 berichteten die TU Wien und Rice, dass Strom durch Strange Metals mit ungewöhnlich geringem elektrischen Rauschen fließt; koordinierte, verschränkte Teilchen könnten der Grund sein. „Starke Verschränkung scheint direkt mit dem ungewöhnlichen Verhalten von Strange Metals verknüpft zu sein", sagte der leitende Theoretiker Fakher Assaad von der Universität Würzburg.
Das Team hofft nun, dass der Austausch in beide Richtungen funktioniert, und will erkunden, ob Strange Metals eines Tages Quantentechnologien dienen könnten — etwa einer hochempfindlichen Messtechnik (Quantenmetrologie).