Os fenômenos quânticos são geralmente associados a objetos extremamente pequenos, como átomos, moléculas ou fótons individuais, que devem ser cuidadosamente isolados de seu entorno. Mas será que esses mesmos efeitos quânticos estranhos poderiam existir em objetos grandes o suficiente para serem vistos e mantidos?
Pesquisadores da TU Viena forneceram agora evidências convincentes de que sim. Ao estudar um cristal de tamanho centimétrico feito de um tipo de material conhecido como metal estranho, a equipe identificou um alto grau de emaranhamento quântico, uma das propriedades mais notáveis da física quântica. Eles conseguiram isso usando uma técnica da ciência da informação quântica chamada informação quântica de Fisher.
Os resultados fazem uma nova conexão entre a informação quântica e a física do estado sólido, na medida em que o emaranhado quântico pode ser medido diretamente em metais exóticos macroscópicos.
Do gato de Schrodinger aos formigueiros
Se a mecânica quântica se aplica apenas a partículas minúsculas ou a objetos maiores tem sido debatido desde os primórdios do campo. O físico Erwin Schrödinger ilustrou o mistério com seu experimento mental envolvendo um gato que está simultaneamente vivo e despercebido. Desde então, os cientistas têm repetidamente colocado limites sobre o tamanho de um sistema que pode exibir comportamento quântico.
A equipe da TU Wien abordou a questão de um ângulo diferente.
“Nossa abordagem é diferente”, diz a professora Silke Bühler-Paschen, do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien. “Não tentamos trazer o cristal como um todo para uma superposição de dois estados. Em vez disso, perguntamos se os seus componentes – colectivamente – estão num estado tão emaranhado.”
Em vez de pensar no gato de Schrödinger, Bühler-Paschen diz que o experimento é mais parecido com as Antilhas. Quando uma formiga é perturbada, a resposta vem da colônia trabalhando em conjunto, e não de formigas individuais. Os pesquisadores queriam determinar se as partículas dentro do cristal se comportavam da mesma maneira coordenada.
Os dados da Quantum Fischer revelam complicações ocultas
A estrutura teórica por trás do experimento foi desenvolvida pelo físico quântico de Innsbruck, Peter Zoller, e seus colegas. Seu trabalho mostrou que as informações quânticas de Fischer podem ser usadas para detectar emaranhados quânticos mesmo em sistemas complexos compostos por um grande número de partículas em interação.
“As informações quânticas de Fisher medem a sensibilidade de um sistema quântico às mudanças”, explica Bühler-Paschen. “Para uma coleção de partículas independentes, a resposta é limitada porque cada partícula dá sua própria contribuição. No entanto, se as partículas estiverem emaranhadas, todo o sistema pode responder mais fortemente do que a soma de suas partes individuais. Esse aumento de sensibilidade é precisamente o que torna o emaranhamento um recurso valioso onde é possível detectar um sinal no máximo com detecção quântica. Medindo a precisão de quão fortemente um sistema responde às perturbações, pode-se estimar quanto emaranhamento está presente nos componentes.
Simplificando, um sistema fortemente emaranhado responde de forma mais dramática às perturbações do que uma coleção de partículas independentes, permitindo aos investigadores estimar a quantidade de emaranhamento que existe.
Estranhos cristais de metal mostram comportamento quântico coletivo
Para testar a ideia, os pesquisadores criaram um cristal composto por cério, paládio e silício. Este material pertence à classe dos metais exóticos, que há muito fascinam os físicos porque exibem propriedades quânticas incomuns que são apenas parcialmente compreendidas.
No Instituto Lau-Langevin (ILL) em Grenoble, o estudante de doutoramento Federico Mazza disparou neutrões no cristal e mediu a sua resposta.
“Em um material normal, seria de esperar que um nêutron transferisse sua energia para uma partícula individual”, disse Mazza. “Mas ao analisar os dados usando informações quânticas de Fischer, encontramos uma resposta que não pode ser explicada em termos de partículas independentes. Em vez disso, indica que grupos de pelo menos nove entidades emaranhadas quânticas agem em conjunto.”
As medições fornecem evidência direta de um forte emaranhado quântico multipartido dentro de um cristal sólido grande o suficiente para caber confortavelmente na palma da sua mão.
Resolvendo o mistério dos metais estranhos
Os pesquisadores originalmente pretendiam entender melhor por que os metais exóticos se comportam de maneira tão diferente dos materiais convencionais. Comportamento semelhante é encontrado em outros sistemas, incluindo supercondutores de alta temperatura.
O interesse por metais exóticos cresceu rapidamente nos últimos anos, à medida que os cientistas continuam a descobrir propriedades inesperadas. Em 2025, pesquisadores da TU Wien e da Rice University relataram que a corrente elétrica flui através desses materiais com ruído elétrico incomumente baixo. O emaranhado quântico recentemente observado pode ajudar a explicar o porquê. Em vez de agirem de forma independente, as partículas parecem coordenar o seu comportamento de uma forma que suprime as flutuações da corrente.
“O que estamos a ver aqui não é o detalhe de um material específico, mas um princípio físico geral”, disse Fakhr Asad, da Universidade de Würzburg, principal teórico do trabalho. “O forte emaranhamento parece estar diretamente ligado ao comportamento incomum de metais exóticos”.
Rumo às futuras tecnologias quânticas
Os pesquisadores acreditam que o trabalho demonstra o valor de combinar ideias da ciência da informação quântica e da física da matéria condensada.
“Os resultados são um grande sucesso para nós”, diz Silke Bühler-Paschen. “Eles confirmam que a nossa abordagem incomum de usar métodos da ciência da informação quântica para estudar a física do estado sólido de novos materiais pode revelar insights fundamentalmente novos.”
O partido agora está olhando para a troca oposta. Eles esperam que os metais exóticos possam eventualmente ser úteis para tecnologias quânticas, incluindo sistemas de metrologia quântica altamente sensíveis, capazes de detectar sinais extremamente pequenos com precisão excepcional.
