Os fenómenos quânticos estão geralmente associados a objetos extremamente pequenos, como átomos, moléculas ou fotões individuais, que devem ser cuidadosamente isolados do seu entorno. Mas será que os mesmos estranhos efeitos quânticos também poderiam existir em objetos grandes o suficiente para serem vistos e segurados?
Pesquisadores da TU Wien forneceram agora evidências convincentes de que sim. Ao estudar um cristal do tamanho de um centímetro feito de um tipo de material conhecido como metal estranho, a equipe descobriu um alto grau de emaranhamento quântico, uma das características mais notáveis da física quântica. Eles conseguiram isso usando uma técnica de ciência da informação quântica chamada informação quântica de Fisher.
Os resultados estabelecem uma nova ligação entre a informação quântica e a física do estado sólido, mostrando que o emaranhamento quântico pode ser medido diretamente num metal estranho macroscópico.
Do gato de Schrödinger ao formigueiro
Se a mecânica quântica se aplica apenas a pequenas partículas ou também a objetos maiores tem sido debatido desde os primórdios do campo. O físico Erwin Schrödinger ilustrou esse mistério com seu experimento mental com um gato que está vivo e morto, embora não seja observado. Desde então, os cientistas têm repetidamente ultrapassado os limites do 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 do Instituto de Tecnologia de Viena. “Não estamos tentando trazer o cristal como um todo para uma superposição de dois estados. Em vez disso, estamos perguntando se seus constituintes – coletivamente – estão nesse estado de emaranhamento.”
Em vez de pensar no gato Schrödinger, Bühler-Paschen diz que o experimento se parece mais com um formigueiro. Quando um formigueiro é perturbado, a resposta vem da colônia agindo em conjunto, e não da formiga individual. Os pesquisadores queriam determinar se as partículas dentro do cristal se comportavam da mesma maneira coordenada.
As informações da Quantum Fisher revelam o emaranhado oculto
A base teórica do experimento foi desenvolvida por Peter Zoller, físico quântico de Innsbruck, e seus colegas. Seu trabalho mostrou que as informações quânticas de Fischer podem ser usadas para identificar o emaranhamento quântico mesmo em sistemas complexos compostos por um grande número de partículas em interação.
“As informações quânticas de Fischer determinam a sensibilidade de um sistema quântico às mudanças”, explica Bühler-Pachen. “Para uma coleção de partículas independentes, a resposta é limitada porque cada partícula contribui. No entanto, quando as partículas estão 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 tão valioso para a metrologia quântica, onde se busca detectar sinais extremamente pequenos com a maior precisão possível. Ao medir a intensidade com que um sistema responde a uma perturbação, pode-se, portanto, inferir o grau de emaranhamento presente no material. “
Simplificando, um sistema altamente emaranhado responde de forma mais dramática às perturbações do que uma coleção de partículas independentes, permitindo aos investigadores avaliar a quantidade de emaranhamento presente.
Um estranho cristal metálico exibe comportamento quântico coletivo
Para testar a ideia, os pesquisadores criaram um cristal composto por cério, paládio e silício. Este material pertence a uma classe de metais estranhos que há muito fascina os físicos porque exibem propriedades quânticas incomuns que permanecem apenas parcialmente compreendidas.
No Instituto Laue-Langevin (ILL) em Grenoble, o estudante Federico Mazza disparou nêutrons no cristal e mediu sua resposta.
“Em um material normal, seria de esperar que um nêutron transferisse sua energia para uma partícula individual”, diz Matza. “Mas ao analisar os dados usando a informação quântica de Fisher, encontramos uma resposta que não pode ser explicada em termos de partículas independentes. Em vez disso, indica que grupos de pelo menos nove entidades quânticas emaranhadas estão agindo coletivamente.”
As medições fornecem evidências diretas de um forte emaranhado quântico de múltiplas partículas dentro de um cristal sólido que é grande o suficiente para caber confortavelmente na palma da sua mão.
Resolvendo o mistério dos metais estranhos
Inicialmente, os investigadores procuraram compreender melhor porque é que os metais estranhos se comportam de forma tão diferente dos materiais comuns. Comportamento semelhante é encontrado em outros sistemas, incluindo supercondutores de alta temperatura.
O interesse por metais estranhos 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 passa por esses materiais com um ruído elétrico incomumente baixo. Um emaranhado quântico observado recentemente pode ajudar a explicar o porquê. Em vez de agirem de forma independente, as partículas parecem coordenar o seu comportamento de forma a suprimir as oscilações da corrente.
“O que vemos aqui não é um detalhe de um material específico, mas um princípio físico geral”, diz Fakher Asad, da Universidade de Würzburg, um importante teórico do trabalho. “O forte emaranhamento parece estar diretamente relacionado ao comportamento incomum de metais estranhos”.
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”, afirma Silke Bühler-Paschen. “Eles confirmam que a nossa abordagem incomum de usar técnicas de ciência da informação quântica para investigar a física do estado sólido de novos materiais pode revelar insights fundamentalmente novos.”
A equipe agora aguarda feedback. Eles esperam determinar se os metais estranhos poderiam eventualmente ser úteis para tecnologias quânticas, incluindo sistemas de metrologia quântica altamente sensíveis, capazes de detectar sinais extremamente pequenos com precisão excepcional.
