Un team di fisici teorici ha proposto un modo per simulare i buchi neri su un chip elettronico. Inoltre, la tecnologia utilizzata per creare questi buchi neri creati in laboratorio può essere utile per le tecnologie quantistiche. I ricercatori dell'Università del Cile, Cedenna, TU Eindhoven, Università di Utrecht, e FOM pubblicheranno i loro risultati in Lettere di revisione fisica il 1 febbraio 2017.

I buchi neri sono oggetti astronomici così densi che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire alla loro attrazione gravitazionale una volta superato un punto di non ritorno chiamato orizzonte degli eventi. I ricercatori hanno scoperto come creare tali punti di non ritorno per le onde di spin, fluttuazioni che si propagano nei materiali magnetici, sfruttando il comportamento di queste onde quando interagiscono con le correnti elettriche.

Onde di rotazione

I materiali magnetici hanno i poli nord e sud. Se turbato, il polo nord e il polo sud si spostano da una posizione all'altra del materiale in modo ondulatorio. Tale onda è chiamata onda di spin. Quando una corrente elettrica attraversa il materiale, gli elettroni trascinano queste onde. Quando si fa passare una tale corrente attraverso un filo che è spesso da un lato e sottile dall'altro, gli elettroni scorrono più velocemente sull'estremità sottile, proprio come l'acqua scorre più velocemente attraverso un tubo stretto. Il flusso di elettroni sull'estremità sottile del filo può essere così veloce che le onde di spin trascinate non possono più fluire nella direzione opposta. Il punto in cui questo avviene lungo il filo è un punto di non ritorno per le onde di spin, analogo a un orizzonte degli eventi di un buco nero.

Radiazione di Hawking

Vicino a buchi neri astronomici, la gravitazione è così forte da causare un orizzonte degli eventi per qualsiasi tipo di particella. Persino i fotoni non possono sfuggire da un buco nero una volta superato il suo orizzonte. Nel 1974, Stephen Hawking ha scoperto che i buchi neri non sono completamente neri, ma emettono radiazioni. In parole povere, sottili effetti della meccanica quantistica fanno apparire e scomparire continuamente coppie di particelle e antiparticelle. Se questo accade vicino all'orizzonte di un buco nero, una delle particelle della coppia a volte viene inghiottita dal buco nero, lasciando che l'altra particella fuoriesca e si irradi. Questa cosiddetta radiazione di Hawking è quasi impossibile da osservare nello spazio. Però, la possibilità di simulare il buco nero su un chip elettronico permette di studiare questo effetto in modo molto più semplice osservando la radiazione di Hawking delle onde di spin.

Entanglement quantistico, computer quantistici, e ricerca futura

Le particelle nelle coppie che causano la radiazione di Hawking sono entangled quantisticamente meccanicamente, il che significa che le loro proprietà sono così strettamente intrecciate che non possono essere descritte dalla fisica classica. L'entanglement è uno degli ingredienti chiave delle tecnologie quantistiche come i computer quantistici. Una delle direzioni che i ricercatori stanno ora studiando è come realizzare dispositivi che utilizzino questo entanglement e possano fungere da elementi costitutivi per applicazioni basate sull'entanglement quantistico delle onde di spin.