Sorte huller på en elektronisk chip

Et hold af teoretiske fysikere har foreslået en måde at simulere sorte huller på en elektronisk chip. Derudover teknologien, der bruges til at skabe disse laboratoriefremstillede sorte huller, kan være nyttig til kvanteteknologier. Forskerne fra University of Chile, Cedenna, TU Eindhoven, Utrecht Universitet, og FOM vil offentliggøre deres resultater i Fysisk gennemgangsbreve den 1. februar 2017.

Sorte huller er astronomiske objekter så tætte, at intet - ikke engang lys - kan undslippe deres tyngdekraft, når det først passerer et point of no return kaldet begivenhedshorisonten. Forskerne har opdaget, hvordan man gør sådanne point of no return for spin-bølger, fluktuationer, der udbreder sig i magnetiske materialer, ved at bruge disse bølgers opførsel, når de interagerer med elektriske strømme.

Spin bølger

Magnetiske materialer har nord- og sydpoler. Hvis forstyrret, nord- og sydpolen bevæger sig fra en position i materialet til en anden på en bølgelignende måde. Sådan en bølge kaldes en spin-bølge. Når en elektrisk strøm løber gennem materialet, elektronerne trækker disse bølger med. Når en sådan strøm føres gennem en ledning, der er tyk i den ene ende og tynd i den anden, elektronerne flyder hurtigere i den tynde ende, ligesom vandet flyder hurtigere gennem en smal slange. Strømmen af ​​elektroner på den tynde ende af ledningen kan være så hurtig, at de spin-bølger, der trækkes med, ikke længere kan strømme i den modsatte retning. Det punkt, hvor dette sker langs ledningen, er et point of no return for spin-bølgerne, analogt med en sort huls begivenhedshorisont.

Hawking-stråling

I nærheden af ​​astronomiske sorte huller, gravitationen er så stærk, at den forårsager en begivenhedshorisont for enhver type partikel. Selv fotoner kan ikke undslippe et sort hul, når de først passerer dets horisont. I 1974, Stephen Hawking opdagede, at sorte huller ikke er helt sorte, men udsender stråling. Groft sagt, subtile kvantemekaniske effekter får par af partikler og antipartikler til kontinuerligt at dukke op og forsvinde. Hvis dette sker nær horisonten af ​​et sort hul, en af ​​partiklerne i parret bliver nogle gange slugt af det sorte hul, efterlader den anden partikel til at undslippe og stråle væk. Denne såkaldte Hawking-stråling er næsten umulig at observere i det ydre rum. Imidlertid, muligheden for at simulere det sorte hul på en elektronisk chip gør det muligt at studere denne effekt på en meget enklere måde ved at se på Hawking-stråling fra spin-bølger.

Kvantesammenfiltring, kvantecomputere, og fremtidig forskning

Partiklerne i parrene, der forårsager Hawking-stråling, er kvantemekanisk sammenfiltrede, hvilket betyder, at deres egenskaber er så tæt forbundne, at de ikke kan beskrives af klassisk fysik. Entanglement er en af ​​nøgleingredienserne i kvanteteknologier såsom kvantecomputere. En af de retninger, som forskerne nu undersøger, er, hvordan man laver enheder, der bruger denne sammenfiltring og kan tjene som byggesten til applikationer baseret på kvantesammenfiltringen af ​​spin-bølger.