September 27, 2022

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Ereignishorizonte sind abstimmbare Fabriken für die Quantenverschränkung

Ereignishorizonte sind abstimmbare Fabriken für die Quantenverschränkung

Künstlerische Darstellung optischer Systeme, die ein Analogon eines Schwarz-Weiß-Loch-Paares enthalten. Kredit: 2021 PhD-Absolvent Anthony Brady, Postdoktorand an der University of Arizona

Physiker der Louisiana State University haben sich die Techniken der Quanteninformationstheorie zunutze gemacht, um einen Mechanismus zur kontrollierten Verstärkung oder „Stimulierung“ der Verschränkungsproduktion im Hawking-Effekt aufzudecken. Darüber hinaus schlagen diese Wissenschaftler ein Protokoll vor, um diese Idee im Labor unter Verwendung synthetisch hergestellter Ereignishorizonte zu testen. Diese Ergebnisse wurden kürzlich in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung„Quantum Aspects of Stimulated Hawking Radiation in a Pair of Analogized White Black Holes“, Ivan Agullo, Anthony J. Brady und Demetrius Kranas stellen diese Ideen vor und wenden sie auf optische Systeme an, die ein Analogon eines weißen Schwarzen Lochs enthalten.


Schwarze Löcher gehören zu den rätselhaftesten Dingen in unserem Universum, vor allem aufgrund der Tatsache, dass ihr Innenleben hinter einem völlig mysteriösen Schleier verborgen ist – dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs.

1974 fügte Stephen Hawking dem Charakter von Schwarzen Löchern mehr Mysterium hinzu, indem er es einmal zeigte quantitative Effekte Ein Schwarzes Loch ist überhaupt nicht schwarz, sondern sendet stattdessen Strahlung aus, als wäre es ein heißes Objekt, das im sogenannten „Hawking-Verdampfungsprozess“ allmählich an Masse verliert. Darüber hinaus zeigten Hawkings Berechnungen, dass die emittierte Strahlung mechanisch mit den Eingeweiden des Schwarzen Lochs selbst verschränkt ist. Diese Verschränkung ist die Quantensignatur des Hawking-Effekts. Dieses verblüffende Ergebnis ist schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, an astrophysikalischen Schwarzen Löchern zu testen, da die schwache Hawking-Strahlung von anderen Strahlungsquellen im Universum überschattet wurde.

Auf der anderen Seite, in den achtziger Jahren, a Hauptartikel von William Unrue Er zeigte, dass die spontane Produktion verschränkter Hawking-Teilchen in jedem System auftritt, das einen effektiven Ereignishorizont unterstützen kann. Solche Systeme fallen im Allgemeinen unter den Begriff „analoge Gravitationssysteme“ und haben ein Fenster zum Testen von Hawkings Ideen im Labor geöffnet.

Ernsthafte experimentelle Untersuchungen analoger Gravitationssysteme – bestehend aus Bose-Einstein-Kondensatoren, nichtlinearen optischen Fasern oder sogar fließendem Wasser – sind seit mehr als einem Jahrzehnt im Gange. Stimulierte und spontan erzeugte Hawking-Strahlung wurde kürzlich auf mehreren Plattformen beobachtet, aber die Verschränkungsmessung hat sich aufgrund ihres schwachen und spröden Charakters als schwer fassbar erwiesen.

„Wir zeigen, dass man durch die Beleuchtung des Horizonts oder der Horizonte mit geeignet ausgewählten Quantenzuständen die Verschränkungsproduktion im Hawking-Prozess auf abstimmbare Weise verstärken kann“, sagte außerordentlicher Professor Ivan Agulu. „Als Beispiel wenden wir diese Ideen auf den taktilen Fall eines Paares analoger weißer schwarzer Löcher an, die ein gemeinsames Inneres haben und in einem nichtlinearen optischen Material erzeugt werden.“

„Viele der in dieser Forschung verwendeten Quanteninformationswerkzeuge stammen aus meiner postgradualen Forschung bei Professor Jonathan B. Dowling“, sagte Ph.D. 2021. Alumnus Anthony Brady, Postdoktorand an der University of Arizona. „John war charismatisch, und er brachte sein Charisma und Charisma in seine Wissenschaft ein, ebenso wie seinen Rat. Er ermutigte mich, an skurrilen Ideen wie analogen Schwarzen Löchern zu arbeiten und zu sehen, ob ich Techniken aus verschiedenen Bereichen der Physik integrieren könnte – wie Quanteninformation und analoge Gravitation – um etwas Neues oder „Nettes“ zu produzieren, wie er gerne sagte.

„Der Hawking-Prozess ist eines der reichhaltigsten physikalischen Phänomene, das scheinbar nicht verwandte Bereiche der Physik von der Quantentheorie bis zur Thermodynamik und Relativitätstheorie verbindet“, sagte Demetrius Kranas, Doktorand an der LSU. „Analoge Schwarze Löcher sind gekommen, um dem Effekt eine zusätzliche Würze zu verleihen, und bieten uns gleichzeitig eine aufregende Möglichkeit, ihn im Labor zu testen. Unsere detaillierte numerische Analyse ermöglicht es uns, neue Merkmale des Hawking-Prozesses zu erforschen, was uns dabei hilft.“ uns die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Astrophysik und Analog besser verstehen. Schwarze Löcher. “


Quantenschaltungslaser für schwarze Löcher zur Erforschung der Hawking-Strahlung


Mehr Informationen:
Ivan Agullo et al, Quantenaspekte stimulierter Hawking-Strahlung in einem optisch analogen Schwarz-Weiß-Loch-Paar, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.091301

das Zitat: Event Horizons Tunable Factories for Quantum Entanglement (2022, 4. März) Abgerufen am 6. März 2022 von https://phys.org/news/2022-03-event-horizons-tunable-factories-quantum.html

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