路易斯安那州立大學（LSU）物理學家們的一項新研究發現為確認黑洞輻射的量子來源開闢了一條有希望的途徑。LSU物理學家們利用量子信息理論技術，揭示了一種以可控方式放大或“刺激”霍金效應中糾纏的產生的機制。此外，這些科學家提出了一個在實驗室中使用人工產生的事件視界來測試這一想法的方案。

這些結果最近發表在《物理評論快報》上。Ivan Agullo、Anthony J. Brady及Dimitrios Kranas提出了這些想法，並將其應用於包含模擬白-黑洞對的光學系統。

黑洞是我們宇宙中最神秘的一些天體，主要是由於它們的內部工作隱藏在一個完全遮蔽的“面紗”後面–黑洞的事件視界。

1974年，斯蒂芬·霍金為黑洞的特性增添了更多的神秘色彩。他表明，一旦考慮到量子效應，黑洞根本就不是真正的黑，而是會發出輻射，就像它是一個熱體，在所謂的”黑洞蒸發過程”中逐漸失去質量。此外，霍金的計算表明，所發射的輻射與黑洞本身的內部有量子力學上的糾纏。這種糾纏是霍金效應的量子特徵。這一令人震驚的結果很難，甚至不可能在天體物理黑洞上得到檢驗，因為微弱的黑洞輻射會被宇宙中的其他輻射源所掩蓋。

另一方面，在20世紀80年代，威廉·恩魯的一篇開創性文章確定了糾纏黑洞粒子的自發產生髮生在任何能夠支持有效事件視界的系統中。這種系統通常屬於”模擬引力系統”的範疇，並為在實驗室中測試霍金的觀點打開了一扇窗。

對模擬引力系統–由玻色-愛因斯坦冷凝物、非線性光纖、甚至是流動的水–的嚴肅實驗調查已經進行了十多年。最近科學家們在幾個平台上觀察到了受刺激和自發產生的黑洞輻射，但由於其微弱和脆弱的特性，測量糾纏被證明是難以捉摸的。

“我們的研究表明，通過用適當選擇的量子態照亮視界，人們可以以可調整的方式放大霍金過程中糾纏的產生，”Ivan Agullo副教授說。“作為一個例子，我們將這些想法應用於一對共享內部的模擬白-黑洞的具體案例，並在非線性光學材料內產生。”

“這項研究中使用的許多量子信息工具來自我與Jonathan P. Dowling教授的研究生研究，”亞利桑那大學博士後研究員2021屆校友Anthony Brady說。“Jon 是一個有魅力的人物，他把他的魅力和非傳統性帶入他的科學，以及他的建議。他鼓勵我研究古怪的想法，比如模擬黑洞，看看我是否能把物理學各個領域的技術融合在一起–比如量子信息和模擬引力–以便產生一些新奇的東西，或者像他喜歡說的’可愛’的東西。”

“霍金過程是最豐富的物理現象之一，它連接了從量子理論到熱力學和相對論等看似不相關的物理學領域，”LSU研究生Dimitrios Kranas說。“模擬黑洞的出現為這一效應增添了額外的風味，同時也為我們提供了在實驗室中測試它的激動人心的可能性。我們詳細的數值分析使我們能夠探究霍金過程的新特徵，幫助我們更好地理解天體物理黑洞和模擬黑洞之間的相似性和差異。”