Gli orizzonti degli eventi sono fabbriche sintonizzabili per l’entanglement quantistico

Gli orizzonti degli eventi sono fabbriche sintonizzabili per l'entanglement quantistico

Visione artistica di sistemi ottici contenenti una controparte in bianco e nero. Credito: 2021 Dottorato di ricerca Anthony Brady, ricercatore post-dottorato presso l’Università dell’Arizona

I fisici della Louisiana State University hanno sfruttato le tecniche della teoria quantistica dell’informazione per rivelare un meccanismo per amplificare o “stimolare” la produzione di entanglement nell’effetto Hawking in modo controllato. Inoltre, questi scienziati propongono un protocollo per testare questa idea in laboratorio utilizzando orizzonti di eventi artificiali. Questi risultati sono stati recentemente pubblicati in Lettere di revisione fisica“Quantum Aspects of Stimulated Hawking Radiation in a Pair of Analogized White Black Holes”, Ivan Agullo, Anthony J. Brady e Demetrius Kranas presentano queste idee e le applicano a sistemi ottici contenenti un analogo di un buco nero bianco.

I buchi neri sono tra le cose più sconcertanti del nostro universo, in gran parte a causa del fatto che i loro meccanismi interni sono nascosti dietro un velo completamente misterioso: l’orizzonte degli eventi di un buco nero.

Nel 1974, Stephen Hawking ha aggiunto più mistero al carattere dei buchi neri mostrandolo una volta effetti quantitativi Un buco nero non è affatto nero, ma emette radiazioni, come se fosse un oggetto caldo, perdendo gradualmente massa in quello che viene chiamato il “processo di evaporazione Hawking”. Inoltre, i calcoli di Hawking hanno mostrato che la radiazione emessa è meccanicamente intrecciata con le viscere del buco nero stesso. Questo entanglement è la firma quantistica dell’effetto Hawking. Questo sorprendente risultato è difficile, se non impossibile, da testare sui buchi neri astrofisici, perché la debole radiazione di Hawking è stata oscurata da altre sorgenti di radiazioni nell’universo.

D’altra parte, negli anni Ottanta, a Articolo principale di William Onrow Ha dimostrato che la produzione spontanea di particelle di Hawking aggrovigliate si verifica in qualsiasi sistema in grado di supportare un orizzonte degli eventi efficace. Tali sistemi generalmente rientrano nell’ambito dei “sistemi a gravità analogica” e hanno aperto una finestra per testare le idee di Hawking in laboratorio.

Da oltre un decennio sono in corso seri studi sperimentali sui sistemi gravitazionali analogici – fatti di condensatori Bose-Einstein, fibre ottiche non lineari o persino acqua corrente. La radiazione di Hawking stimolata e generata spontaneamente è stata recentemente osservata su diverse piattaforme, ma la misurazione dell’entanglement si è rivelata elusiva a causa del suo carattere debole e fragile.

“Mostriamo che illuminando l’orizzonte, o gli orizzonti, con stati quantistici opportunamente selezionati, si può amplificare la produzione di entanglement nel processo di Hawking in modo sintonizzabile”, ha affermato il professor Ivan Agulu. “Ad esempio, applichiamo queste idee al caso tattile di una coppia di buchi neri bianchi analogici che condividono un interno e sono prodotti all’interno di un materiale ottico non lineare”.

“Molti degli strumenti di informazione quantistica utilizzati in questa ricerca provenivano dalla mia ricerca post-laurea con il professor Jonathan P. Dowling”, ha affermato il dottorando del 2021 Anthony Brady, ricercatore post-dottorato presso l’Università dell’Arizona. “John era carismatico e ha introdotto il suo carisma e carisma nella sua scienza, così come i suoi consigli. Mi ha incoraggiato a lavorare su idee stravaganti, come i buchi neri analogici, e vedere se potevo incorporare tecniche da diversi campi della fisica… come l’informazione quantistica e la gravità analogica, per produrre qualcosa di nuovo, o “bello”, come amava dire.

“Il processo di Hawking è uno dei fenomeni fisici più ricchi che collega campi della fisica apparentemente non correlati dalla teoria quantistica alla termodinamica e alla relatività”, ha affermato Demetrius Kranas, uno studente laureato alla LSU. “I buchi neri analogici sono arrivati ​​ad aggiungere un tocco in più all’effetto, fornendoci, allo stesso tempo, un’entusiasmante possibilità di testarlo in laboratorio. La nostra analisi numerica dettagliata ci consente di esplorare nuove funzionalità del processo Hawking, aiutando comprendiamo meglio le somiglianze e le differenze tra l’astrofisica e l’analogico. buchi neri. ”


Laser a circuito quantistico buco nero per esplorare la radiazione di Hawking


maggiori informazioni:
Ivan Agullo et al, Aspetti quantistici della radiazione di Hawking stimolata in una coppia di buchi bianchi neri analogici ottici, Lettere di revisione fisica (2022). DOI: 10.1103/ PhysRevLett.128.091301

la citazione: Event Horizons Tunable Factories for Quantum Entanglement (2022, 4 marzo) Estratto il 6 marzo 2022 da https://phys.org/news/2022-03-event-horizons-tunable-factories-quantum.html

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