Un equipo de físicos teóricos ha propuesto una forma de simular agujeros negros en un chip electrónico. Adicionalmente, la tecnología utilizada para crear estos agujeros negros hechos en laboratorio puede ser útil para las tecnologías cuánticas. Los investigadores de la Universidad de Chile, Cedenna, TU Eindhoven, Universidad de Utrecht, y FOM publicará sus resultados en Cartas de revisión física el 1 de febrero de 2017.

Los agujeros negros son objetos astronómicos tan densos que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su atracción gravitacional una vez que pasa por un punto sin retorno llamado horizonte de eventos. Los investigadores han descubierto cómo hacer esos puntos sin retorno para las ondas de giro, fluctuaciones que se propagan en materiales magnéticos, utilizando el comportamiento de estas ondas cuando interactúan con corrientes eléctricas.

Ondas giratorias

Los materiales magnéticos tienen polos norte y sur. Si perturbado, los polos norte y sur se mueven de una posición en el material a otra en forma de onda. Tal onda se llama onda de giro. Cuando una corriente eléctrica atraviesa el material, los electrones arrastran estas ondas. Al pasar tal corriente a través de un cable que es grueso en un extremo y delgado en el otro, los electrones fluyen más rápido en el extremo delgado, al igual que el agua fluye más rápido a través de una manguera estrecha. El flujo de electrones en el extremo delgado del cable puede ser tan rápido que las ondas de giro que se arrastran ya no pueden fluir en la dirección opuesta. El punto en el que esto sucede a lo largo del cable es un punto sin retorno para las ondas de giro, análogo a un horizonte de sucesos de un agujero negro.

Radiación de Hawking

Cerca de agujeros negros astronómicos, la gravitación es tan fuerte que provoca un horizonte de sucesos para cualquier tipo de partícula. Incluso los fotones no pueden escapar de un agujero negro una vez que pasan por su horizonte. En 1974, Stephen Hawking descubrió que los agujeros negros no son completamente negros, pero emiten radiación. Mas o menos, Los sutiles efectos de la mecánica cuántica hacen que pares de partículas y antipartículas aparezcan y desaparezcan continuamente. Si esto sucede cerca del horizonte de un agujero negro, una de las partículas del par a veces es tragada por el agujero negro, dejando que la otra partícula escape y se irradie. Esta llamada radiación de Hawking es casi imposible de observar en el espacio exterior. Sin embargo, la posibilidad de simular el agujero negro en un chip electrónico permite estudiar este efecto de una manera mucho más sencilla al observar la radiación de Hawking de ondas de espín.

Entrelazamiento cuántico, computadoras cuánticas, e investigaciones futuras

Las partículas en los pares que causan la radiación de Hawking están entrelazadas mecánicamente cuánticamente, lo que significa que sus propiedades están tan estrechamente entrelazadas que no pueden ser descritas por la física clásica. El entrelazamiento es uno de los ingredientes clave de las tecnologías cuánticas, como las computadoras cuánticas. Una de las direcciones que los investigadores están investigando ahora es cómo fabricar dispositivos que utilicen este entrelazamiento y puedan servir como bloques de construcción para aplicaciones basadas en el entrelazamiento cuántico de ondas de espín.