Horizonty událostí jsou laditelné továrny na kvantové zapletení

Fyzici z Louisianské státní univerzity využili techniky kvantové teorie informace k odhalení mechanismu pro zesílení nebo „stimulaci“ produkce zapletení v Hawkingově efektu kontrolovaným způsobem. Kromě toho tito vědci navrhují protokol k testování této myšlenky v laboratoři pomocí umělých horizontů událostí. Tyto výsledky byly nedávno zveřejněny v Fyzické kontrolní dopisy„Kvantové aspekty stimulovaného Hawkingova záření v páru analogických bílých černých děr“, Ivan Agullo, Anthony J. Brady a Demetrius Kranas prezentují tyto myšlenky a aplikují je na optické systémy obsahující analog bílé černé díry.

Černé díry patří mezi nejzáhadnější věci v našem vesmíru, z velké části díky tomu, že jejich vnitřní fungování je skryto za zcela tajemným závojem – horizontem událostí černé díry.

V roce 1974 Stephen Hawking dodal charakteru černých děr více tajemství tím, že je jednou ukázal kvantitativní účinky Černá díra není vůbec černá, ale místo toho vyzařuje záření, jako by to byl horký objekt, postupně ztrácí hmotu v takzvaném „Hawkingově vypařovacím procesu“. Hawkingovy výpočty navíc ukázaly, že emitované záření je mechanicky zapleteno do útrob samotné černé díry. Toto zapletení je kvantovým podpisem Hawkingova efektu. Tento ohromující výsledek je obtížné, ne-li nemožné, testovat na astrofyzikálních černých dírách, protože slabé Hawkingovo záření bylo zastíněno jinými zdroji záření ve vesmíru.

Na druhou stranu v osmdesátých letech a Hlavní článek Williama Unrue Ukázal, že spontánní produkce zapletených Hawkingových částic nastává v jakémkoli systému, který může podporovat efektivní horizont událostí. Takové systémy obecně spadají pod deštník „analogových gravitačních systémů“ a otevřely okno pro testování Hawkingových nápadů v laboratoři.

Vážné experimentální výzkumy analogových gravitačních systémů – vyrobených z Bose-Einsteinových kondenzátorů, nelineárních optických vláken nebo dokonce tekoucí vody – probíhají již více než deset let. Stimulované a spontánně generované Hawkingovo záření bylo nedávno pozorováno na několika platformách, ale měření zapletení se ukázalo jako nepolapitelné kvůli jeho slabému a křehkému charakteru.

„Ukazujeme, že osvětlením horizontu nebo horizontů pomocí vhodně zvolených kvantových stavů lze laditelným způsobem zesílit produkci zapletení v Hawkingově procesu,“ řekl docent Ivan Agulu. „Jako příklad aplikujeme tyto myšlenky na hmatový případ dvojice analogových bílých černých děr, které sdílejí vnitřek a jsou vytvářeny v nelineárním optickém materiálu.“

„Mnoho z kvantových informačních nástrojů používaných v tomto výzkumu pocházelo z mého postgraduálního výzkumu s profesorem Jonathanem B Dowlingem,“ řekl Ph.D. 2021. Absolvent Anthony Brady, postdoktorandský výzkumný pracovník na University of Arizona. „John byl charismatický a zavedl své charisma a charisma do své vědy, stejně jako své rady. Povzbuzoval mě, abych pracoval na rozmarných nápadech, jako jsou analogové černé díry, a zjistil, jestli mohu začlenit techniky z různých oblastí fyziky – jako jsou kvantové informace a analogová gravitace – s cílem vytvořit něco nového, nebo „pěkného“, jak rád říkal.

„Hawkingův proces je jedním z nejbohatších fyzikálních jevů spojujících zdánlivě nesouvisející oblasti fyziky od kvantové teorie po termodynamiku a relativitu,“ řekl Demetrius Kranas, postgraduální student na LSU. „Analogové černé díry přišly, aby dodaly efektu další chuť a zároveň nám poskytly vzrušující možnost testovat to v laboratoři. Naše podrobná numerická analýza nám umožňuje prozkoumat nové rysy Hawkingova procesu a pomáhá nám lépe pochopíme podobnosti a rozdíly mezi astrofyzikou a analogem. černé díry. “