Los horizontes de eventos son fábricas sintonizables para el entrelazamiento cuántico

Los físicos de la Universidad Estatal de Luisiana han aprovechado las técnicas de la teoría de la información cuántica para revelar un mecanismo para amplificar o «estimular» la producción de entrelazamiento en el efecto Hawking de manera controlada. Además, estos científicos proponen un protocolo para probar esta idea en el laboratorio utilizando horizontes de eventos artificiales. Estos resultados fueron publicados recientemente en Cartas de revisión física«Aspectos cuánticos de la radiación de Hawking estimulada en un par de agujeros negros blancos analogizados», Ivan Agullo, Anthony J. Brady y Demetrius Kranas presentan estas ideas y las aplican a sistemas ópticos que contienen un análogo de un agujero negro blanco.

Los agujeros negros se encuentran entre las cosas más desconcertantes de nuestro universo, en gran parte debido al hecho de que su funcionamiento interno está oculto detrás de un velo completamente misterioso: el horizonte de eventos de un agujero negro.

En 1974, Stephen Hawking añadió más misterio al carácter de los agujeros negros mostrándolos una vez efectos cuantitativos Un agujero negro no es del todo negro, sino que emite radiación, como si fuera un objeto caliente, perdiendo masa gradualmente en lo que se llama el «proceso de evaporación de Hawking». Además, los cálculos de Hawking mostraron que la radiación emitida se entrelaza mecánicamente con las entrañas del propio agujero negro. Este entrelazamiento es la firma cuántica del efecto Hawking. Este asombroso resultado es difícil, si no imposible, de probar en agujeros negros astrofísicos, porque la débil radiación de Hawking ha sido eclipsada por otras fuentes de radiación en el universo.

Por otra parte, en los años ochenta, un Artículo principal de William Onrow Demostró que la producción espontánea de partículas de Hawking entrelazadas ocurre en cualquier sistema que pueda soportar un horizonte de eventos efectivo. Dichos sistemas generalmente caen bajo el paraguas de «sistemas de gravedad analógicos» y han abierto una ventana para probar las ideas de Hawking en el laboratorio.

Investigaciones experimentales serias sobre sistemas gravitacionales analógicos, hechos de condensadores Bose-Einstein, fibras ópticas no lineales o incluso agua corriente, se han llevado a cabo durante más de una década. La radiación de Hawking estimulada y generada espontáneamente se ha observado recientemente en varias plataformas, pero la medición del enredo ha resultado difícil de alcanzar debido a su carácter débil y frágil.

«Demostramos que al iluminar el horizonte, u horizontes, con estados cuánticos seleccionados apropiadamente, uno puede amplificar la producción de entrelazamiento en el proceso de Hawking de una manera sintonizable», dijo el profesor asociado Ivan Agulu. «Como ejemplo, aplicamos estas ideas al caso táctil de un par de agujeros negros blancos analógicos que comparten un interior y se producen dentro de un material óptico no lineal».

«Muchas de las herramientas de información cuántica utilizadas en esta investigación provienen de mi investigación de posgrado con el profesor Jonathan P. Dowling», dijo Anthony Brady, graduado de doctorado en 2021 e investigador posdoctoral en la Universidad de Arizona. «John era carismático e introdujo su carisma y carisma en su ciencia, así como sus consejos. Me animó a trabajar en ideas caprichosas, como agujeros negros analógicos, y ver si podía incorporar técnicas de diferentes campos de la física: como la información cuántica y la gravedad analógica, con el fin de producir algo nuevo, o «agradable», como le gustaba decir.

«El proceso de Hawking es uno de los fenómenos físicos más ricos que conectan campos de la física aparentemente no relacionados, desde la teoría cuántica hasta la termodinámica y la relatividad», dijo Demetrius Kranas, estudiante graduado de LSU. «Los agujeros negros analógicos han venido a agregar un sabor extra al efecto, brindándonos, al mismo tiempo, una emocionante posibilidad de probarlo en el laboratorio. Nuestro análisis numérico detallado nos permite explorar nuevas características del proceso de Hawking, ayudando comprender mejor las similitudes y diferencias entre la astrofísica y la analógica. agujeros negros. »