Horyzonty zdarzeń to przestrajalne fabryki do splątania kwantowego

Fizycy z Louisiana State University wykorzystali techniki teorii informacji kwantowej do ujawnienia mechanizmu wzmacniania lub „stymulowania” produkcji splątania w efekcie Hawkinga w kontrolowany sposób. Co więcej, naukowcy ci proponują protokół do testowania tego pomysłu w laboratorium przy użyciu sztucznych horyzontów zdarzeń. Wyniki te zostały niedawno opublikowane w Fizyczne listy kontrolne„Quantum Aspects of Stimulated Hawking Radiation in a pair of Analogized White Black Holes”, Ivan Agullo, Anthony J. Brady i Demetrius Kranas przedstawiają te idee i stosują je w układach optycznych zawierających analogi białej czarnej dziury.

Czarne dziury należą do najbardziej zagadkowych rzeczy w naszym wszechświecie, głównie ze względu na fakt, że ich wewnętrzne działanie jest ukryte za całkowicie tajemniczą zasłoną – horyzontem zdarzeń czarnej dziury.

W 1974 roku Stephen Hawking dodał więcej tajemnic do charakteru czarnych dziur, pokazując je raz efekty ilościowe Czarna dziura wcale nie jest czarna, zamiast tego emituje promieniowanie, jakby była gorącym obiektem, stopniowo tracąc masę w tak zwanym „procesie parowania Hawkinga”. Co więcej, obliczenia Hawkinga wykazały, że emitowane promieniowanie jest mechanicznie uwikłane we wnętrzności samej czarnej dziury. To splątanie jest kwantową sygnaturą efektu Hawkinga. Ten zdumiewający wynik jest trudny, jeśli nie niemożliwy do przetestowania na astrofizycznych czarnych dziurach, ponieważ słabe promieniowanie Hawkinga zostało przyćmione przez inne źródła promieniowania we wszechświecie.

Z drugiej strony w latach osiemdziesiątych a Główny artykuł autorstwa Williama Onrow Wykazał, że spontaniczna produkcja splątanych cząstek Hawkinga zachodzi w każdym systemie, który może wspierać efektywny horyzont zdarzeń. Takie systemy ogólnie należą do „analogowych systemów grawitacyjnych” i otworzyły okno do testowania pomysłów Hawkinga w laboratorium.

Poważne eksperymentalne badania nad analogowymi układami grawitacyjnymi — zbudowanymi z kondensatorów Bose-Einstein, nieliniowych włókien optycznych, a nawet płynącej wody — trwają od ponad dekady. Stymulowane i spontanicznie generowane promieniowanie Hawkinga zaobserwowano ostatnio na kilku platformach, ale pomiary splątania okazały się nieuchwytne ze względu na jego słaby i kruchy charakter.

„Pokazujemy, że oświetlając horyzont lub horyzonty odpowiednio dobranymi stanami kwantowymi, można wzmocnić produkcję splątania w procesie Hawkinga w przestrajalny sposób” – powiedział profesor nadzwyczajny Ivan Agulu. „Jako przykład, stosujemy te pomysły do ​​dotykowego przypadku pary analogowych białych czarnych dziur, które mają wspólne wnętrze i są wytwarzane w nieliniowym materiale optycznym”.

„Wiele narzędzi informacji kwantowych wykorzystywanych w tych badaniach pochodziło z moich badań podyplomowych z profesorem Jonathanem P. Dowlingiem” – powiedział doktorant Anthony Brady z 2021 r., badacz z tytułem doktora na Uniwersytecie Arizony. „John był charyzmatyczny i wprowadził swoją charyzmę i charyzmę do swojej nauki, a także do swoich rad. Zachęcił mnie do pracy nad dziwacznymi pomysłami, takimi jak analogowe czarne dziury, i zobaczenia, czy mogę włączyć techniki z różnych dziedzin fizyki… takich jak informacja kwantowa i grawitacja analogowa – aby wyprodukować coś nowego lub „ładnego”, jak lubił mawiać.

„Proces Hawkinga jest jednym z najbogatszych zjawisk fizycznych łączących pozornie niepowiązane ze sobą dziedziny fizyki, od teorii kwantowej po termodynamikę i teorię względności” – powiedział Demetrius Kranas, doktorant na LSU. „Analogowe czarne dziury nadawały efektowi dodatkowego smaku, dając nam jednocześnie ekscytującą możliwość przetestowania go w laboratorium. Nasza szczegółowa analiza numeryczna pozwala nam odkrywać nowe funkcje procesu Hawkinga, pomagając lepiej zrozumiemy podobieństwa i różnice między astrofizyką a analogiem. czarne dziury. ”