科学家们首次表明，熵变（体系无序度的量度）可以准确地预测什么时候将会发生一种被称为量子相变的神秘量子翻转。
这是一个很重要的事情，因为它们第一次被观察到不到一年时间里，我们对这些量子相变过程知之甚少，但它们也可能是开启各种疯狂特性的关键，比如高温超导。
莱斯大学的Qimiao Si说：“这种演示为更好地了解当某些材料被冷却到量子临界点时，如何获得高温超导性的新颖行为提供了基础。Si和他的同事们使用铈铜合金，被称为“重费米子”的量子材料进行了研究，当它们被冷却时，它们显示出一些令人难以置信的奇怪的电子特性。
其中最受欢迎的是高温超导性，材料在远高于传统超导体极限约30开尔文（-243.2摄氏度）的温度下以零电阻进行电流的能力。如果我们能够可靠而高效地实现这一点，这将是一个巨大的突破，因为现在，电力网络大约耗费了7％的能量来抵抗摩擦，超导材料会阻止这种情况的发生。
但重费米子并不是高温超导体。相反，当材料变冷时会发生什么，它们的电子看起来比平时大几百倍，更奇怪的是，这种有效的电子质量随着温度的变化而变化很大。
这种行为违抗传统物理学，取而代之的是发生在量子相变的点，即物质中的电子从一种状态转变成另一种状态，就像融化的冰中的原子一样。
2001年，Si和他的同事提出了一个试图解释这个奇怪现象的假设，他们认为，在量子相变的交点处，在称为量子临界点的点，电子波动很大，使得它们的有效质量变得无限大。
为了让大家更好地理解量子临界点，以液态水和冰为例：
冰是一个非常有序的阶段，因为H2O分子整齐地排列在一个晶格中，与冰相比，水的次序较少，但是流动的水分子仍然具有潜在的顺序。临界点在于这两种类型的事物之间波动的地方。在这个临界点，H2O分子排序要按照冰的模式和水的模式。在量子相变过程中非常相似。
尽管这种转变是由量子力学推动的，但仍然是两个有序状态之间存在最大波动的关键点。在这种情况下，波动与材料中电子“旋转”的顺序有关。
旋转是电子的内置属性，可以分为“上”或“下”。在磁体中，电子自旋都是朝同一方向排列的，但是许多材料表现出相反的特征，自旋交替向下、向上、向下、向上的方向被称为反铁磁。
研究人员已经表明，这个磁性顺序在量子临界点的任一侧翻转，量子关键点是这两个电子态之间的波动处于最大值。研究小组在过去的15年里测试了他们的2001个假设，剩下的最大的问题是是否有一些迹象表明量子关键点即将到来。
在这项研究中，他们使用了被称为铈铜六的铈铜金合金，并测试了熵将在量子临界点之前增加的假设，甚至可以用于预测翻转。
研究人员不能直接测量熵，但熵变与应力的比值已知与材料因温度变化而膨胀或收缩的量的比例成正比。通过冷却材料到令人难以置信的寒冷的温度，该小组能够创建一个3D地图，显示如何在非常低的温度下熵在系统接近量子关键点时稳定增加。。
来自德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究员Kai Grube说：“我们在多维参数空间中制作了熵景观的详细地图，并证实了量子临界点位于熵顶上。”
换句话说，他们表明他们的预言是正确的，在量子临界转型之前熵确实会增加。Si说：“熵态可以很好地连接到量子临界波动的细节上，这是非常显著的。”
对你的日常生活来说，这听起来不是很有突破性的，但这些信息可以在未来用来更好地理解和控制这些量子翻转，有希望让研究人员有一天能够找出如何打开量子领域的所有奇怪和奇妙的属性，如高温超导性。
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