日本科学家发现了“重费米子”中的量子纠缠，揭示了一种独特材料中与普朗克时间相关的电子行为。

普朗克时间限制的发现为量子技术提供了新的机遇。

日本的一个合作研究小组发现了“重费米子”——有效质量大大增加的电子——显示出由量子力学中基本时间单位普朗克时间控制的量子纠缠。这一突破为在固态材料中使用这些效应来推进下一代量子计算机的发展提供了新的可能性。

当材料中的传导电子与局部磁性电子强烈相互作用时，就会出现重费米子，导致其有效质量急剧增长。这种行为产生不寻常的特性，包括非常规超导性，使其成为凝聚态物理学的主要焦点。本研究中研究的化合物铈铑锡 （CeRhSn） 是重费米子系统家族的一部分，其特征是准戈目晶格结构，该结构以其几何挫败效应而著称。

                                                                       CeRhSn 上具有量子纠缠的重电子图像。

CeRhSn 中的实验结果

研究小组检查了 CeRhSn 的电子特性，CeRhSn 是一种被认为在相对较高的温度下表现出非费米液体行为的材料。

对其反射光谱的详细测量证实，这种不寻常的行为几乎持续到室温，重电子寿命接近普朗克极限。可以用单个数学函数表示的光谱图案提供了强有力的证据，证明 CeRhSn 中的重电子是量子纠缠的。

（a）CeRhSn的晶体结构。（b） 寿命除以温度和普朗克时间的倒数，即光子能量除以温度的函数。（c）动力学普朗克尺度图和理论曲线。图片来源：2025 年，Shin-ichi Kimura 等人，准戈薇近藤晶格系统的各向异性非费米液体和动力学普朗克尺度，npj 量子材料

对量子计算的影响

领导这项研究的大阪大学木村伸一博士解释说：“我们的研究结果表明，处于这种量子临界态的重费米子确实被纠缠在一起，并且这种纠缠是由普朗克时间控制的。这种直接观测是朝着理解量子纠缠和重费米子行为之间复杂相互作用迈出的重要一步。

量子纠缠是量子计算的关键资源，在 CeRhSn 等固态材料中控制和纵量子纠缠的能力为新型量子计算架构提供了一条潜在的途径。本研究中观察到的普朗克时间限制为设计此类系统提供了关键信息。

对这些纠缠态的进一步研究可能会彻底改变量子信息处理，并释放量子技术的新可能性。这一发现不仅增进了我们对强相关电子系统的理解，也为下一代量子技术的潜在应用铺平了道路。