Вчені планують створити аналог чорної діри на кристалі електронного чіпа

Вчені планують створити аналог чорної діри на кристалі електронного чіпа

Група вчених в області теоретичної фізики з Чилійського університету в Седенія (University of Chile, Cedenna), Технологічного університету Ейндховена (TU Eindhoven) і Утрехтського університету (Utrecht University) розробила спосіб створення аналогів чорних дір на кристалах електронних напівпровідникових чіпів.

А технологія, яка використовується для створення ” лабораторних чорних дірок “, може забезпечити кілька досить сильних проривів в майбутньому в електроніці і в області квантових обчислень.

Нагадаємо нашим читачам, що чорні діри – це астрономічні об’єкти настільки великий щільності і маси, що ніяка матерія і випромінювання, включаючи фотони світла, не можуть вирватися з гравітаційної пастки, пройшовши точку неповернення, звану горизонтом подій. І вищезгадана група вчених з’ясувала те, як можна зробити на чіпі таку точку неповернення для спін-хвиль, коливань спінів електронів, які можуть поширюватися всередині магнітних матеріалів і які можуть управляти рухом електричних струмів, що циркулюють по схемам чіпа.

В принципі, будь-який магнітний матеріал являє собою магніт, який має північний і південний полюси. Але на відміну від традиційних постійних магнітів, полюса в деяких з магнітних матеріалів під зовнішнім впливом певного виду можуть змінити своє становище і переміщатися подібним хвилі чином. Такі хвилеподібні рухи виникають в результаті руху спинив електронів матеріалу і через це вони отримали назву спін-хвиль. Спін-хвилі виникають в матеріалі так само і під впливом проходить через матеріал електричного струму.

Коли спін-хвиля досягає якогось вузького місця на зразок пляшкового горлечка, то електрони прискорюються настільки, що спін-хвилі, які вони “тягнуть на своїй спині”, не можуть почати рухатися в зворотному напрямку. І крапка, починаючи з якої неможливо зворотній рух спін-хвиль, є аналогом горизонту подій чорної діри.

Однак, ще в 1974 році відомий вчений-фізик Стівен Хоккінг виявив, що насправді чорні діри не є абсолютно чорними, вони є джерелом власного випромінювання. Це випромінювання виникає через дивні квантових ефектів на кордоні горизонту подій. У момент переходу матерії через горизонт подій її енергія витрачається на виникнення з нічого пари частинок, частинки матерії і антиматерії. Одна з цих частинок “проковтує” чорною дірою, а друга має, нехай і невеликий, але шанс втекти в навколишній простір. Саме потік таких частинок і називається випромінюванням Хоккінга, але через його дуже малу інтенсивность цей вид випромінювання ніколи ще не реєструвався експериментальним шляхом за винятком деяких сумнівних випадків. Аналог же чорної діри на чіпі дасть вченим можливість вивчити ефект випромінювання Хоккінга прямо у себе в лабораторії .

Частинки, пари яких виникають на кордоні горизонту подій, заплутані на квантовому рівні, їх властивості пов’язані настільки сильно, що їх поведінка не може бути описано за допомогою законів традиційної фізики. Заплутаність – це ключовий момент практично всіх розроблюваних зараз квантових технологій. І вчені в своїх подальших експериментах намагатимуться з’ясувати, чи можна буде використовувати на практиці квантову заплутаність частинок “спінового випромінювання Хоккінга”, якщо таке буде виникати на кордоні горизонту подій аналога чорної діри на електронному чіпі.