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