Horizontes de eventos são fábricas ajustáveis ​​para emaranhamento quântico

Os físicos da Louisiana State University aproveitaram as técnicas da teoria da informação quântica para revelar um mecanismo para amplificar ou “estimular” a produção de emaranhamento no efeito Hawking de maneira controlada. Além disso, esses cientistas propõem um protocolo para testar essa ideia em laboratório usando horizontes de eventos produzidos sinteticamente. Esses resultados foram publicados recentemente em Cartas de Revisão Física“Aspectos Quânticos da Radiação Hawking Estimulada em um Par de Buracos Negros Brancos Analogizados”, Ivan Agullo, Anthony J. Brady e Demetrius Kranas apresentam essas idéias e as aplicam a sistemas ópticos contendo um análogo de um buraco negro branco.

Os buracos negros estão entre as coisas mais intrigantes do nosso universo, em grande parte devido ao fato de que seu funcionamento interno está escondido atrás de um véu completamente misterioso – o horizonte de eventos de um buraco negro.

Em 1974, Stephen Hawking acrescentou mais mistério ao caráter dos buracos negros, mostrando-o uma vez efeitos quantitativos Um buraco negro não é realmente preto, mas emite radiação, como se fosse um objeto quente, perdendo massa gradualmente no que é chamado de “processo de evaporação Hawking”. Além disso, os cálculos de Hawking mostraram que a radiação emitida está mecanicamente emaranhada com as entranhas do próprio buraco negro. Este entrelaçamento é a assinatura quântica do efeito Hawking. Este resultado surpreendente é difícil, se não impossível, de testar em buracos negros astrofísicos, porque a fraca radiação Hawking foi ofuscada por outras fontes de radiação no universo.

Por outro lado, na década de oitenta, um Ver artigo principal por William Unrue Ele demonstrou que a produção espontânea de partículas Hawking emaranhadas ocorre em qualquer sistema que possa suportar um horizonte de eventos efetivo. Esses sistemas geralmente se enquadram nos “sistemas de gravidade analógicos” e abriram uma janela para testar as ideias de Hawking no laboratório.

Investigações experimentais sérias em sistemas gravitacionais analógicos – feitos de capacitores Bose-Einstein, fibras ópticas não lineares ou até mesmo água corrente – estão em andamento há mais de uma década. A radiação Hawking estimulada e gerada espontaneamente foi observada recentemente em várias plataformas, mas a medição de emaranhamento provou ser elusiva devido ao seu caráter fraco e quebradiço.

“Mostramos que, iluminando o horizonte, ou horizontes, com estados quânticos adequadamente selecionados, pode-se amplificar a produção de emaranhamento no processo Hawking de maneira ajustável”, disse o professor associado Ivan Agulu. “Como exemplo, aplicamos essas ideias ao caso tátil de um par de buracos negros brancos analógicos que compartilham um interior e são produzidos dentro de um material óptico não linear.”

“Muitas das ferramentas de informação quântica usadas nesta pesquisa foram da minha pesquisa de pós-graduação com o professor Jonathan B Dowling”, disse Ph.D. 2021. Alumnus Anthony Brady, pesquisador de pós-doutorado na Universidade do Arizona. “John era carismático e introduziu seu carisma e carisma em sua ciência, bem como seus conselhos. Ele me encorajou a trabalhar em ideias extravagantes, como buracos negros analógicos, e ver se eu poderia incorporar técnicas de diferentes campos da física. como informação quântica e gravidade analógica – para produzir algo novo, ou “legal”, como ele gostava de dizer.

“O processo Hawking é um dos fenômenos físicos mais ricos que conectam campos aparentemente não relacionados da física, da teoria quântica à termodinâmica e relatividade”, disse Demetrius Kranas, estudante de pós-graduação da LSU. “Os buracos negros analógicos vieram para adicionar um sabor extra ao efeito, proporcionando-nos, ao mesmo tempo, uma excitante possibilidade de testá-lo em laboratório. Nossa análise numérica detalhada nos permite explorar novos recursos do processo Hawking, ajudando entendermos melhor as semelhanças e diferenças entre astrofísica e analógica. buracos negros. ”