Ученые планируют создать аналог черной дыры на кристалле электронного чипа - «Наука и технологии»

Группа ученых в области теоретической физики из Чилийского университета в Седенне (University of Chile, Cedenna), Технологического университета Эйндховена (TU Eindhoven) и Утрехтского университета (Utrecht University) разработала способ создания аналогов черных дыр на кристаллах электронных полупроводниковых чипов. А технология, используемая для создания "лабораторных черных дыр", может обеспечить несколько достаточно сильных прорывов в будущем в электронике и в области квантовых вычислений.

Напомним нашим читателям, что черные дыры - это астрономические объекты столь большой плотности и массы, что никакая материя и излучение, включая фотоны света, не могут вырваться из гравитационной ловушки, пройдя точку невозврата, называемую горизонтом событий. И вышеупомянутая группа ученых выяснила то, как можно сделать на чипе такую точку невозврата для спин-волн, колебаний спинов электронов, которые могут распространяться внутри магнитных материалов и которые могут управлять движением электрических токов, циркулирующих по схемам чипа.

В принципе, любой магнитный материал представляет собой магнит, имеющий северный и южный полюса. Но в отличие от традиционных постоянных магнитов, полюса в некоторых из магнитных материалов под внешним воздействием определенного вида могут изменить свое положение и перемещаться подобным волне образом. Такие волнообразные движения возникают в результате движения спинов электронов материала и из-за этого они получили название спин-волн. Спин-волны возникают в материале так же и под воздействием проходящего через материал электрического тока.

Когда спин-волна достигает какого-нибудь узкого места наподобие бутылочного горлышка, то электроны ускоряются настолько, что спин-волны, которые они "тащат на своей спине", не могут начать двигаться в обратном направлении. И точка, начиная с которой невозможно обратное движение спин-волн, является аналогом горизонта событий черной дыры.

Однако, еще в 1974 году известный ученый-физик Стивен Хоккинг обнаружил, что на самом деле черные дыры не являются абсолютно черными, они являются источником собственного излучения. Это излучение возникает из-за странных квантовых эффектов на границе горизонта событий. В момент перехода материи через горизонт событий ее энергия расходуется на возникновение из ничего пары частиц, частицы материи и антиматерии. Одна из этих частиц "проглатывается" черной дырой, а вторая имеет, пусть и небольшой, но шанс сбежать в окружающее пространство. Именно поток таких сбежавших частиц и называется излучением Хоккинга, но из-за его очень малой интенсивности этот вид излучения никогда еще не регистрировался экспериментальным путем за исключением некоторых сомнительных случаев. Аналог же черной дыры на чипе даст ученым возможность изучить эффект излучения Хоккинга прямо у себя в лаборатории.

Частицы, пары которых возникают на границе горизонта событий, запутаны на квантовом уровне, их свойства связаны настолько сильно, что их поведение не может быть описано при помощи законов традиционной физики. Запутанность - это ключевой момент практически всех разрабатываемых сейчас квантовых технологий. И ученые в своих дальнейших экспериментах будут пытаться выяснить, можно ли будет использовать на практике квантовую запутанность частиц "спинового излучения Хоккинга", если таковое будет возникать на границе горизонта событий аналога черной дыры на электронном чипе.