Zespół fizyków z Uniwersytetów w Vermont i Waterloo odkrył, że sfera zimnych atomów helu podąża za dziwacznym prawem fizyki - zwanym prawem obszaru splątania - obserwowanym również w czarnych dziurach. Odkrycie to zostało opisane w 2017 roku w internetowym wydaniu czasopisma Nature Physics.

W latach siedemdziesiątych XX wieku sławni fizycy teoretyczni Stephen Hawking i Jacob Bekenstein odkryli coś dziwnego w czarnych dziurach.

Obliczyli oni, że kiedy materia wpada do jednej z tych bezdennych dziur w przestrzeni, ilość informacji, którą pochłania - co fizycy nazywają entropią - wzrasta tylko tak szybko, jak szybko wzrasta jej powierzchnia, a nie objętość.

- Odkryliśmy, że ten sam rodzaj prawa fizyki jest przestrzegany w przypadku informacji kwantowej w nadciekłym helu - powiedział Adrian Del Maestro, adiunkt na Wydziale Fizyki Uniwersytetu w Vermont i autor projektu.

Aby dokonać swojego odkrycia, dr Del Maestro i współautorzy stworzyli najpierw dokładną symulację fizyki ekstremalnie zimnego helu-4 (izotopu pierwiastka helu) po tym, jak przekształca się on z gazu w formę materii zwaną nadciekłością (lub nadpłynnością).

- Poniżej około dwóch Kelvinów, atomy helu-4 - wykazujące podwójną falowo-cząsteczkową naturę, którą odkrył Max Planck i inni - zlepiają się ze sobą w taki sposób, że poszczególne atomy nie mogą być opisane niezależnie od siebie - wyjaśniają naukowcy.

- Zamiast tego, tworzą one kooperacyjny taniec, który naukowcy nazywają splątaniem kwantowym.

Używając dwóch superkomputerów, zbadali oni interakcje 64 atomów helu w stanie nadpłynności.

Odkryli, że ilość splątanej informacji kwantowej współdzielonej pomiędzy dwoma regionami pojemnika - sfery superpłynnego helu-4 odgrodzonej od większego pojemnika - była określona przez pole powierzchni sfery, a nie jej objętość.

Wygląda na to, że podobnie jak holograf, trójwymiarowa objętość przestrzeni jest w całości zakodowana na jej dwuwymiarowej powierzchni. Zupełnie jak w czarnej dziurze.

Pomysł ten był przypuszczalnie związany z zasadą fizyki zwaną "lokalnością", ale nigdy wcześniej nie został zaobserwowany w eksperymencie.

Dzięki zastosowaniu kompletnej symulacji numerycznej wszystkich atrybutów helu-4, zespół był - po raz pierwszy w historii - w stanie wykazać istnienie prawa obszaru splątania w prawdziwej cieczy kwantowej.

- Nadciekły hel-4 mógłby stać się ważnym zasobem - paliwem - dla nowej generacji komputerów kwantowych - powiedział dr Del Maestro.

- Ale aby wykorzystać jego ogromny potencjał przetwarzania informacji, musimy głębiej zrozumieć, jak on działa - skwitował.

Źródło: Sci-News.com