摘要：量子信息理论中的一个概念似乎至少可以解释所谓的“奇异”金属的一些奇特行为。这种由美国莱斯大学物理学家开发的新方法将这些金属异常差的导电性归因于其电子量子纠缠的增加。该团队表示，这种方法可以促进我们对某些高温超导体和其他相关量子结构的理解。

量子信息理论中的一个概念似乎至少可以解释所谓的“奇异”金属的一些奇特行为。这种由美国莱斯大学物理学家开发的新方法将这些金属异常差的导电性归因于其电子量子纠缠的增加。该团队表示，这种方法可以促进我们对某些高温超导体和其他相关量子结构的理解。

奇怪的金属研究员：Qimiao Si 是莱斯大学物理学和天文学的 Harry C 和 Olga K Wiess 教授。（图片由 Jeff Fitlow/莱斯大学提供）

虽然电子可以相对自由地穿过金或铜等普通金属，但奇怪的金属会抵抗它们的流动。有趣的是，一些高温超导体具有奇怪的金属相和超导相。这种现象无法用传统理论来解释，这些理论将电子视为独立的粒子，忽略了它们之间的任何相互作用。

为了解开这些和其他令人费解的行为，由司启淼领导的团队转向了量子费舍尔信息 （QFI） 的概念。这种统计工具通常用于测量电子之间的相关性在极端条件下如何演变。在这种情况下，该团队专注于一种称为 Anderson/Kondo 晶格的理论模型，该模型描述了磁矩如何与材料中的电子自旋耦合。

这些分析表明，电子-电子相关性恰好在材料中出现奇怪金属性的点变得最强。“换句话说，电子在这个量子临界点变得最大纠缠，”Si 解释说。“事实上，这个峰值标志着多方电子自旋纠缠的戏剧性放大，导致许多电子之间形成一个复杂的量子关联网络。”

他补充说，引人注目的是，这种纠缠的激增为为什么奇怪的金属如此奇怪提供了一种新的积极特征，同时也揭示了传统理论失败的原因。他解释说：“这不仅仅是传统理论的不足，还在于它忽视了这个丰富的量子关联网络，这阻止了单个电子作为这种金属物质中的基本物体的生存。

为了验证他们的发现，在《自然通讯》（Nature Communications）上报告了他们工作的研究人员将他们的预测与来自真实奇异金属材料的中子散射数据进行了比较。他们发现实验数据匹配良好。“我们早期的研究还使我们怀疑奇怪的金属可能含有一种深度纠缠的电子流体——这种流体隐藏的量子复杂性尚未完全理解，”Si 补充道。

这项工作的影响是深远的，他告诉 Physics World。“奇怪的金属可能是解锁下一代超导体的关键——这些材料有望改变我们传输能源的方式，也许有一天会完全消除电网的电力损失。”

莱斯大学的研究人员表示，他们现在计划探索 QFI 如何在电子的电荷及其自旋中表现出来。“到目前为止，我们的重点只放在与电子自旋相关的 QFI 上，但电子当然也携带电荷，”Si 说。

来源：人工智能学家