Las fuerzas fundamentales de la física gobiernan la materia que comprende el universo, sin embargo, todavía no se comprende completamente cómo estas fuerzas trabajan juntas. La existencia de radiación de Hawking, la emisión de partículas de los agujeros negros cercanos, indica que la relatividad general y la mecánica cuántica deben cooperar. Pero observar directamente la radiación de Hawking desde un agujero negro es casi imposible debido al ruido de fondo del universo. entonces, ¿cómo pueden los investigadores estudiarlo para comprender mejor cómo las fuerzas interactúan y se integran en una "Teoría del Todo"?

Según Haruna Katayama, estudiante de doctorado en la Escuela de Graduados de Ciencias e Ingeniería Avanzadas de la Universidad de Hiroshima, dado que los investigadores no pueden observar la radiación de Hawking, La radiación de Hawking debe llevarse a los investigadores. Ella ha propuesto un circuito cuántico que actúa como un láser de agujero negro, proporcionando un equivalente de agujero negro de laboratorio con ventajas sobre las versiones propuestas anteriormente. La propuesta fue publicada el 27 de septiembre. Informes científicos .

"En este estudio, ideamos una teoría láser de circuito cuántico utilizando un agujero negro analógico y un agujero blanco como resonador, "Dijo Katayama.

Un agujero blanco es un socio teórico de un agujero negro que emite luz y materia en igual oposición a la luz y la materia que consume un agujero negro. En el circuito eléctrico propuesto, un metamaterial diseñado para permitir un movimiento más rápido que la luz se extiende por el espacio entre horizontes, cerca del cual se emite la radiación de Hawking.

"La propiedad de la velocidad superluminal es imposible en un medio normal establecido en un circuito ordinario, ", Dijo Katayama." El elemento metamaterial hace posible que la radiación de Hawking viaje de un lado a otro entre horizontes, y el efecto Josephson, que describe un flujo continuo de corriente que se propaga sin voltaje, juega un papel importante en la amplificación de la radiación de Hawking a través de la conversión de modo en los horizontes. imitando el comportamiento entre los agujeros blanco y negro ".

La propuesta de Katayama se basa en láseres ópticos de agujero negro propuestos anteriormente al introducir el metamaterial que permite una velocidad superluminal y aprovechar el efecto Josephson para amplificar la radiación de Hawking. El circuito cuántico resultante induce un solitón, un localizado, Forma de onda autorreforzada que mantiene la velocidad y la forma hasta que factores externos colapsan el sistema.

"A diferencia de los láseres de agujero negro propuestos anteriormente, nuestra versión tiene una cavidad de agujero negro / agujero blanco formada dentro de un solo solitón, donde la radiación de Hawking se emite fuera del solitón para que podamos evaluarla, "Dijo Katayama.

La radiación de Hawking se produce como pares de partículas entrelazadas, con uno dentro y otro fuera del horizonte. Según Katayama, la partícula entrelazada observable tiene la sombra de su partícula compañera. Como tal, la correlación cuántica entre las dos partículas se puede determinar matemáticamente sin la observación simultánea de ambas partículas.

"La detección de este entrelazamiento es indispensable para la confirmación de la radiación de Hawking, "Dijo Katayama.

Sin embargo, Katayama advirtió, La radiación de Hawking del laboratorio se diferencia de la radiación de Hawking del agujero negro verdadero debido a la dispersión normal de la luz en el sistema propuesto. Los componentes de la luz se dividen en una dirección, como en un arcoiris. Si los componentes se pueden controlar para que algunos puedan retroceder y recuperarse, la radiación de Hawking resultante, fabricada en laboratorio, reflejaría la misma frecuencia positiva de la radiación de Hawking del agujero negro verdadero. Ahora está investigando cómo integrar la dispersión anómala para lograr un resultado más comparable.

"En el futuro, nos gustaría desarrollar este sistema para la comunicación cuántica entre distintos espaciotiempos utilizando la radiación de Hawking, "Katayama dijo, señalando la escalabilidad y controlabilidad del sistema como ventajas en el desarrollo de tecnologías cuánticas.