As forças fundamentais da física governam a matéria que compõe o universo, no entanto, exatamente como essas forças trabalham juntas ainda não é totalmente compreendido. A existência da radiação Hawking - a emissão de partículas de buracos negros próximos - indica que a relatividade geral e a mecânica quântica devem cooperar. Mas observar diretamente a radiação Hawking de um buraco negro é quase impossível devido ao ruído de fundo do universo, então, como os pesquisadores podem estudá-la para entender melhor como as forças interagem e se integram em uma "Teoria de Tudo?"

De acordo com Haruna Katayama, um aluno de doutorado na Escola de Graduação em Ciência e Engenharia Avançada da Universidade de Hiroshima, uma vez que os pesquisadores não podem observar a radiação Hawking, A radiação Hawking deve ser trazida aos pesquisadores. Ela propôs um circuito quântico que atua como um laser de buraco negro, fornecendo um equivalente de buraco negro de bancada de laboratório com vantagens sobre as versões propostas anteriormente. A proposta foi publicada em 27 de setembro. Relatórios Científicos .

"Neste estudo, criamos uma teoria de laser de circuito quântico usando um buraco negro analógico e um buraco branco como ressonador, "Katayama disse.

Um buraco branco é um parceiro teórico de um buraco negro que emite luz e matéria em oposição igual à luz e matéria que um buraco negro consome. No circuito elétrico proposto, um metamaterial projetado para permitir um movimento mais rápido do que a luz abrange o espaço entre os horizontes, próximo ao qual a radiação Hawking é emitida.

"A propriedade da velocidade superluminal é impossível em um meio normal estabelecido em um circuito comum, "Katayama disse." O elemento metamaterial torna possível para a radiação Hawking viajar para frente e para trás entre os horizontes, e o efeito Josephson - que descreve um fluxo contínuo de corrente que se propaga sem tensão - desempenha um papel importante na amplificação da radiação Hawking por meio da conversão de modo nos horizontes, imitando o comportamento entre os buracos brancos e negros. "

A proposta de Katayama baseia-se em lasers ópticos de buraco negro propostos anteriormente, introduzindo o metamaterial que permite a velocidade superluminal e explorando o efeito Josephson para amplificar a radiação Hawking. O circuito quântico resultante induz um soliton, um localizado, forma de onda de auto-reforço que mantém a velocidade e a forma até que fatores externos colapsem o sistema.

"Ao contrário dos lasers de buraco negro propostos anteriormente, nossa versão tem uma cavidade buraco negro / buraco branco formada dentro de um único soliton, onde a radiação Hawking é emitida fora do soliton para que possamos avaliá-la, "Katayama disse.

A radiação Hawking é produzida como pares de partículas emaranhadas, com um dentro e outro fora do horizonte. De acordo com Katayama, a partícula emaranhada observável carrega a sombra de sua partícula parceira. Como tal, a correlação quântica entre as duas partículas pode ser determinada matematicamente sem a observação simultânea de ambas as partículas.

“A detecção desse emaranhamento é indispensável para a confirmação da radiação Hawking, "Katayama disse.

Contudo, Katayama advertiu, a radiação de Hawking do laboratório difere da radiação de Hawking de buraco negro verdadeiro devido à dispersão normal da luz no sistema proposto. Os componentes da luz se dividem em uma direção, como em um arco-íris. Se os componentes podem ser controlados para que alguns possam reverter e se recuperar, a radiação Hawking resultante, feita em laboratório, refletiria a mesma frequência positiva da radiação Hawking de um buraco negro verdadeiro. Ela agora está investigando como integrar a dispersão anômala para obter um resultado mais comparável.

"No futuro, gostaríamos de desenvolver este sistema para comunicação quântica entre espaços-tempos distintos usando radiação Hawking, "Katayama disse, observando a escalabilidade e controlabilidade do sistema como vantagens no desenvolvimento de tecnologias quânticas.