Горизонти подій — це настроювані фабрики квантової заплутаності

Фізики з Університету штату Луїзіана скористалися методами квантової теорії інформації, щоб розкрити механізм посилення або «стимуляції» виробництва заплутаності в ефекті Хокінга контрольованим чином. Крім того, ці вчені пропонують протокол для перевірки цієї ідеї в лабораторії з використанням синтетично вироблених горизонтів подій. Ці результати були нещодавно опубліковані в Листи з фізичними оглядами«Квантові аспекти стимульованого випромінювання Хокінга в парі аналогізованих білих чорних дір», Іван Агулло, Ентоні Дж. Брейді та Деметріус Кранас представляють ці ідеї та застосовують їх до оптичних систем, що містять аналог білої чорної діри.

Чорні діри є одними з найдивовижніших речей у нашому Всесвіті, багато в чому через те, що їх внутрішня робота прихована за абсолютно таємничою завісою – горизонтом подій чорної діри.

У 1974 році Стівен Хокінг додав більше таємниці в характер чорних дір, показавши це один раз. кількісні ефекти Чорна діра зовсім не чорна, а натомість випромінює випромінювання, немов гарячий об’єкт, поступово втрачаючи масу в так званому «процесі випаровування Хокінга». Більше того, розрахунки Хокінга показали, що випромінюване випромінювання механічно заплутується з надрами самої чорної діри. Ця заплутаність є квантовою ознакою ефекту Хокінга. Цей вражаючий результат важко, якщо взагалі неможливо, перевірити на астрофізичних чорних дірах, оскільки слабке випромінювання Хокінга було затьмарене іншими джерелами випромінювання у Всесвіті.

З іншого боку, у вісімдесятих роках а Основна стаття Вільяма Анру Він продемонстрував, що спонтанне утворення заплутаних частинок Хокінга відбувається в будь-якій системі, яка може підтримувати ефективний горизонт подій. Такі системи зазвичай підпадають під парасольку «аналогових гравітаційних систем» і відкрили вікно для перевірки ідей Гокінга в лабораторії.

Серйозні експериментальні дослідження аналогових гравітаційних систем, виготовлених із конденсаторів Бозе-Ейнштейна, нелінійних оптичних волокон або навіть проточної води, ведуться вже більше десяти років. Стимульована і спонтанно генерована радіація Хокінга нещодавно спостерігалася на кількох платформах, але вимірювання заплутування виявилося невловимим через його слабкий і крихкий характер.

«Ми показуємо, що, освітлюючи горизонт, або горизонти, відповідним чином підібраними квантовими станами, можна підсилити виробництво заплутаності в процесі Гокінга налаштовуваним чином», — сказав доцент Іван Агулу. «Як приклад, ми застосовуємо ці ідеї до тактильного корпусу пари аналогових білих чорних дір, які мають спільну внутрішню частину і утворюються в нелінійно-оптичному матеріалі».

«Багато інструментів квантової інформації, використаних у цьому дослідженні, були отримані з мого аспірантського дослідження з професором Джонатаном Б. Даулінгом», — сказав доктор філософії 2021. Випускник Ентоні Брейді, докторант Університету Арізони. «Джон був харизматичним, і він ввів у свою науку свою харизму та харизму, а також свої поради. Він заохочував мене працювати над химерними ідеями, такими як аналогові чорні діри, і подивитися, чи можу я включити методи з різних галузей фізики… як-от квантова інформація та аналогова гравітація — щоб створити щось нове або «приємне», як він любив казати.

«Процес Хокінга є одним із найбагатших фізичних явищ, які пов’язують, здавалося б, не пов’язані між собою галузі фізики від квантової теорії до термодинаміки та теорії відносності», – сказав Деметріус Кранас, аспірант ЛДУ. “Аналогові чорні діри додали ефекту додатковий аромат, надаючи нам, водночас, захоплюючу можливість перевірити це в лабораторії. Наш детальний чисельний аналіз дозволяє нам досліджувати нові особливості процесу Хокінга, допомагаючи ми краще розуміємо схожість і відмінність астрофізики від аналога. чорні діри. ”