افق رویداد کارخانه‌های قابل تنظیم درهم تنیدگی کوانتومی هستند

4 مارس 2022 -توسط دانشگاه ایالتی لوئیزیانا -رندر هنری از سیستم های نوری حاوی آنالوگ یک جفت سفید-سیاهچاله. اعتبار: 2021 فارغ التحصیل دکترا آنتونی برادی، محقق فوق دکتری در دانشگاه آریزونا

فیزیکدانان دانشگاه ایالتی لوئیزیانا از تکنیک های تئوری اطلاعات کوانتومی استفاده کرده اند تا مکانیزمی را برای تقویت یا “تحریک” تولید درهم تنیدگی در اثر هاوکینگ به شیوه ای کنترل شده آشکار کنند. علاوه بر این، این دانشمندان پروتکلی را برای آزمایش این ایده در آزمایشگاه با استفاده از افق‌های رویداد تولید شده مصنوعی پیشنهاد می‌کنند. این نتایج اخیراً در Physical Review Letters با عنوان “جنبه های کوانتومی تشعشعات تحریک شده هاوکینگ در جفت سفید-سیاه چاله آنالوگ” منتشر شده است، جایی که ایوان آگولو، آنتونی جی برادی و دیمیتریوس کراناس این ایده ها را ارائه کرده اند.

سیاهچاله ها برخی از اسرارآمیزترین اجرام در جهان ما هستند، عمدتاً به دلیل این واقعیت است که عملکرد درونی آنها در پشت یک پرده کاملاً مبهم – افق رویداد سیاهچاله – پنهان شده است.

در سال 1974، استیون هاوکینگ با نشان دادن این نکته که وقتی اثرات کوانتومی در نظر گرفته می شود، سیاهچاله واقعاً سیاه نیست، اما در عوض، تابش ساطع می کند، گویی یک جسم داغ است، به تدریج به شخصیت سیاه چاله ها اسرار بیشتری اضافه کرد که همان از دست دادن جرم در اصطلاح “فرایند تبخیر هاوکینگ” است. علاوه بر این، محاسبات هاوکینگ نشان داد که تشعشعات ساطع شده به طور مکانیکی کوانتومی با شرایط درونی خود سیاهچاله درگیر شده است. این درهم تنیدگی نشانه کوانتومی اثر هاوکینگ است. آزمایش این نتیجه شگفت‌انگیز، اگر نگوییم غیرممکن، بر روی سیاه‌چاله‌های اخترفیزیکی دشوار است، زیرا تابش ضعیف هاوکینگ توسط منابع دیگر تابش در کیهان تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

از سوی دیگر، در دهه 1980، مقاله مهمی توسط ویلیام اونروه ثابت کرد که تولید خود به خود ذرات درهم تنیده هاوکینگ در هر سیستمی که بتواند از افق رویداد موثر پشتیبانی کند، رخ می دهد. چنین سیستم هایی عموماً زیر چتر «سیستم های گرانشی آنالوگ» قرار می گیرند و پنجره ای را برای آزمایش ایده های هاوکینگ در آزمایشگاه باز می کنند.

تحقیقات تجربی جدی در مورد سیستم‌های گرانشی آنالوگ – ساخته شده از میعانات بوز-انیشتین، فیبرهای نوری غیرخطی یا حتی آب جاری – بیش از یک دهه است که در حال انجام است. تشعشعات هاوکینگ تحریک شده و خود به خود تولید شده اخیراً در چندین پلتفرم مشاهده شده است، اما اندازه گیری درهم تنیدگی به دلیل ویژگی ضعیف و شکننده آن غیرممکن است.

ایوان آگولو، دانشیار گفت: «ما نشان می‌دهیم که با روشن کردن افق یا افق‌ها با حالت‌های کوانتومی مناسب، می‌توان تولید درهم تنیدگی را در فرآیند هاوکینگ به شیوه‌ای قابل تنظیم تقویت کرد.» به عنوان مثال، ما این ایده ها را در مورد یک جفت سیاهچاله آنالوگ سفید-سیاه که یک فضای داخلی مشترک دارند و در یک ماده نوری غیرخطی تولید می شوند، اعمال می کنیم.

آنتونی برادی، محقق فوق دکتری در دانشگاه آریزونا گفت: “بسیاری از ابزارهای اطلاعاتی کوانتومی مورد استفاده در این تحقیق از تحقیقات فارغ التحصیلی من با پروفسور جاناتان پی داولینگ بود.” “جان شخصیت کاریزماتیکی بود و جذابیت و غیر متعارف بودن خود را ، و همچنین توصیه های خود را به علم خود وارد کرد. او مرا تشویق کرد تا روی ایده های عجیب و غریب مانند سیاهچاله های آنالوگ کار کنم و ببینم آیا می توانم تکنیک هایی را در زمینه های مختلف فیزیک با هم ترکیب کنم. – مانند اطلاعات کوانتومی و گرانش آنالوگ – به منظور تولید چیزی بدیع، یا همان طور که دوست داشت بگوید.

دیمیتریوس کراناس، دانشجوی فارغ التحصیل LSU می گوید: «فرایند هاوکینگ یکی از غنی ترین پدیده های فیزیکی است که زمینه های به ظاهر نامرتبط فیزیک را از نظریه کوانتومی تا ترمودینامیک و نسبیت به هم متصل می کند. “سیاهچاله های آنالوگ برای افزودن طعم اضافی به این اثر، امکان هیجان انگیز آزمایش آن را در آزمایشگاه به ما می دهد. تجزیه و تحلیل عددی دقیق ما به ما امکان می دهد ویژگی های جدید فرآیند هاوکینگ را بررسی کنیم و به ما در درک آن کمک کند. شباهت ها و تفاوت های بین سیاهچاله های اخترفیزیکی و آنالوگ بهتر است.”