路易斯安那州立大学的物理学家利用量子信息理论技术揭示了一种以可控方式放大或“刺激”霍金效应中纠缠产生的机制。此外，这些科学家提出了一项协议，在实验室中使用人工产生的视界来测试这一想法。这些结果最近发表在《物理评论快报》上，“模拟白黑洞对中受激霍金辐射的量子方面”，Ivan Agullo, Anthony J. Brady和Dimitrios Kranas提出了这些想法，并将它们应用到包含模拟白黑洞对的光学系统中。

黑洞是我们宇宙中最神秘的物体之一，很大程度上是因为它们的内部运作隐藏在一个完全模糊的面纱后面——黑洞的视界。

1974年，斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)为黑洞的特性增添了更多的神秘感，他表明，一旦考虑到量子效应，黑洞根本就不是真正的黑色，相反，它发出辐射，就像一个热的物体，在所谓的“霍金蒸发过程”中逐渐失去质量。此外，霍金的计算表明，发射的辐射是与黑洞内部本身的量子力学纠缠。这种纠缠是霍金效应的量子特征。这个惊人的结果很难，如果不是不可能的话，在天体物理黑洞上进行测试，因为微弱的霍金辐射会被宇宙中的其他辐射源掩盖。

另一方面，在20世纪80年代，William Unruh的一篇开创性文章证实，纠缠霍金粒子的自发产生发生在任何能够支持有效视界的系统中。这样的系统通常属于“模拟引力系统”的保护伞下，并为在实验室中测试霍金的想法打开了一扇窗。

关于模拟重力系统的严肃实验研究——由玻色-爱因斯坦凝聚体、非线性光纤，甚至流动的水组成——已经进行了十多年。最近，在多个平台上都观测到了自发产生的受激霍金辐射，但由于其微弱和脆弱的特性，测量纠缠一直是难以实现的。

“我们证明，通过用适当选择的量子态照亮视界或视界，可以以一种可调的方式放大霍金过程中纠缠的产生，”副教授伊万·阿古罗说。“作为一个例子，我们将这些想法应用于一对模拟白黑洞共享一个内部并在非线性光学材料中产生的具体情况。”

2021年毕业的亚利桑那大学博士后研究员安东尼·布雷迪说:“这项研究中使用的许多量子信息工具来自我与乔纳森·p·道林教授的研究生研究。”“乔恩是一个有魅力的角色，他把自己的魅力和特立独行带入了他的科学研究，以及他的建议。他鼓励我研究一些古怪的想法，比如模拟黑洞，并看看我是否能融合不同物理领域的技术——比如量子信息和模拟引力——从而产生一些新奇的东西，或者像他喜欢说的‘可爱’。”

LSU研究生Dimitrios Kranas说:“霍金过程是最丰富的物理现象之一，它将看似不相关的物理领域从量子理论到热力学和相对论连接起来。”“模拟黑洞为这种效果增添了一种额外的味道，同时为我们提供了在实验室中进行测试的令人兴奋的可能性。我们详细的数值分析使我们能够探索霍金过程的新特征，帮助我们更好地理解天体物理黑洞和模拟黑洞之间的相似性和差异性。”

参考:

Ivan Agullo, Anthony J. Brady, Dimitrios Kranas。光学模拟白黑洞对中受激霍金辐射的量子方面。物理评论快报，2022;128 (9) DOI: 10.1103/ physrevlet .128.091301

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