摘要：长期以来，科学家一直试图揭开奇怪金属的奥秘 - 违反传统的电力和磁性规则的材料。现在，一组物理学家使用量子信息科学的工具在该领域取得了突破。该研究表明，奇怪金属中的电子在关键的临界点变得更加纠缠，从而对这些神秘材料的行为发明了新的启示。这一发现可能为超导体的进步铺平道路，并有可能在将来改变能源使用。...

长期以来，科学家一直试图揭开奇怪金属的奥秘 - 违反传统的电力和磁性规则的材料。现在，莱斯大学的一组物理学家使用量子信息科学的工具在该领域取得了突破。他们的研究最近出版自然通讯，揭示了奇怪金属中的电子在关键的转折点变得更加纠缠，从而对这些神秘材料的行为发出了新的启示。这一发现可能为超导体的进步铺平道路，并有可能在将来改变能源使用。

与传统的金属（例如具有良好电气特性的铜或黄金）不同，奇怪的金属以更复杂的方式行事，使其内在的运作超出了教科书描述的领域。在Qimiao Si，Harry C.和Olga K. Wiess物理与天文学教授的带领下，研究小组转向了量子Fisher Information（QFI），这是一种用于测量电子相互作用在极端条件下如何发展的量子计量学的概念，以找到答案。他们的研究表明，电子纠缠（一种基本的量子现象）达到量子临界点的峰值：两个物质状态之间的过渡。

Si说：“我们的发现表明，奇怪的金属表现出独特的纠缠模式，该模式提供了一种新的镜头来理解其异国情调的行为。” “通过利用量子信息理论，我们正在发现以前无法访问的深度量子相关性。”

研究奇怪金属的新方法

在大多数金属中，遵循完善的物理定律，电子以有序的方式移动。然而，奇怪的金属打破了这些规则，在非常低的温度下以异常的方式表现出对电的不寻常的抵抗。为了探讨这个难题，研究人员专注于一个称为近托晶格的理论模型，该模型描述了磁矩如何与周围电子相互作用。

在关键的过渡点，这些相互作用变得如此强烈，以至于电行为的基本构建块（称为准颗粒）消失了。使用QFI，研究人员了电子旋转方式纠缠的方式的起源，发现纠缠在此量子临界点处精确地达到了峰值。

这种新颖的方法将QFI（主要用于量子信息和精度测量）应用于金属的研究。

Si说：“通过将量子信息科学与凝结物理学相结合，我们正在朝着材料研究的新方向旋转。”

更有效能量的可能路径

研究人员的理论计算意外地匹配了现实世界的实验数据，特别与非弹性中子散射的结果保持一致，这是一种用于探测原子水平材料的技术。这种联系强化了量子纠缠在奇怪金属行为中起着基本作用的想法。

了解奇怪的金属不仅仅是一个学术挑战。它可能具有重大的技术利益。这些材料与高温超导体有着密切的联系，这些导体有可能不会发电而不会损失能量。解锁其性能可能会彻底改变电网，从而使能源传输效率更高。

该研究还证明了如何将量子信息工具应用于其他外来材料。奇怪的金属可以在未来的量子技术中发挥作用，在未来的量子技术中，增强的纠缠是一种宝贵的资源。该研究为通过显示纠缠峰时表征这些复杂材料的新框架提供了一个新的框架。

研究小组包括赖斯的元牙，王王，穆尼卡·马汉卡利和莱·陈，以及唐诺斯蒂亚国际物理中心的Haoyu Hu和维也纳技术大学的Silke Paschen。他们的工作得到了国家科学基金会，空军科学研究办公室，罗伯特·A·韦尔奇基金会和瓦内瓦尔·布什教师奖学金计划的支持。