Горизонты событий — это настраиваемые фабрики для квантовой запутанности

Физики Университета штата Луизиана воспользовались преимуществами методов квантовой теории информации, чтобы открыть механизм усиления или «стимулирования» образования запутанности в эффекте Хокинга контролируемым образом. Кроме того, эти ученые предлагают протокол для проверки этой идеи в лаборатории с использованием искусственных горизонтов событий. Эти результаты были недавно опубликованы в Письма о физическом обзоре«Квантовые аспекты стимулированного излучения Хокинга в паре аналоговых белых черных дыр», Иван Агулло, Энтони Дж. Брэди и Деметриус Кранас представляют эти идеи и применяют их к оптическим системам, содержащим аналог белой черной дыры.

Черные дыры — одна из самых загадочных вещей в нашей Вселенной, во многом из-за того, что их внутренняя работа скрыта за совершенно загадочной завесой — горизонтом событий черной дыры.

В 1974 году Стивен Хокинг добавил загадочности к характеру черных дыр, показав их однажды. количественные эффекты Черная дыра вовсе не черная, а вместо этого излучает излучение, как если бы она была горячим объектом, постепенно теряя массу в так называемом «процессе испарения Хокинга». Более того, расчеты Хокинга показали, что испускаемое излучение механически запутано с недрами самой черной дыры. Эта запутанность является квантовой подписью эффекта Хокинга. Этот поразительный результат трудно, если вообще возможно, проверить на астрофизических черных дырах, потому что слабое излучение Хокинга затмевается другими источниками излучения во Вселенной.

С другой стороны, в восьмидесятые годы Основная статья Уильяма Онроу Он продемонстрировал, что спонтанное образование запутанных частиц Хокинга происходит в любой системе, которая может поддерживать эффективный горизонт событий. Такие системы обычно подпадают под определение «аналоговых гравитационных систем» и открыли окно для проверки идей Хокинга в лаборатории.

Серьезные экспериментальные исследования аналоговых гравитационных систем, состоящих из конденсаторов Бозе-Эйнштейна, нелинейных оптических волокон или даже проточной воды, ведутся уже более десяти лет. Стимулированное и спонтанно генерируемое излучение Хокинга недавно наблюдалось на нескольких платформах, но измерение запутанности оказалось неуловимым из-за его слабого и хрупкого характера.

«Мы показываем, что, освещая горизонт или горизонты соответствующим образом выбранными квантовыми состояниями, можно настраиваемым образом усилить запутанность в процессе Хокинга», — сказал доцент Иван Агулу. «В качестве примера мы применим эти идеи к тактильному случаю пары аналоговых белых черных дыр, которые имеют общую внутреннюю часть и производятся внутри нелинейно-оптического материала».

«Многие из инструментов квантовой информации, использованных в этом исследовании, были взяты из моего исследования в аспирантуре с профессором Джонатаном П. Доулингом», — сказал выпускник доктора философии 2021 года Энтони Брэди, научный сотрудник Аризонского университета. «Джон был харизматичным, и он привнес свою харизму и обаяние в свою науку, а также свои советы. Он призвал меня работать над причудливыми идеями, такими как аналоговые черные дыры, и посмотреть, смогу ли я использовать методы из разных областей физики — таких как квантовая информация и аналоговая гравитация — для того, чтобы произвести что-то новое или «хорошее», как он любил говорить.

«Процесс Хокинга — одно из богатейших физических явлений, связывающих, казалось бы, несвязанные между собой области физики, от квантовой теории до термодинамики и теории относительности, — сказал Деметриус Кранас, аспирант ЛГУ. «Аналоговые черные дыры появились, чтобы добавить дополнительный оттенок эффекту, предоставив нам, в то же время, прекрасную возможность протестировать его в лаборатории. Наш подробный численный анализ позволяет нам исследовать новые особенности процесса Хокинга, помогая нам лучше понять сходства и различия между астрофизикой и аналогом. черные дыры. »