Une équipe de physiciens théoriciens a proposé un moyen de simuler des trous noirs sur une puce électronique. En outre, la technologie utilisée pour créer ces trous noirs fabriqués en laboratoire peut être utile pour les technologies quantiques. Les chercheurs de l'Université du Chili, Cédenne, TU Eindhoven, Université d'Utrecht, et FOM publieront leurs résultats dans Lettres d'examen physique le 1er février 2017.

Les trous noirs sont des objets astronomiques si denses que rien – pas même la lumière – ne peut échapper à leur attraction gravitationnelle une fois qu'ils passent un point de non-retour appelé horizon des événements. Les chercheurs ont découvert comment faire de tels points de non-retour pour les ondes de spin, fluctuations qui se propagent dans les matériaux magnétiques, en utilisant le comportement de ces ondes lorsqu'elles interagissent avec des courants électriques.

Faire tourner les vagues

Les matériaux magnétiques ont des pôles nord et sud. Si perturbé, les pôles nord et sud se déplacent d'une position dans le matériau à une autre de manière ondulatoire. Une telle onde est appelée onde de spin. Lorsqu'un courant électrique traverse le matériau, les électrons entraînent ces ondes. Lors du passage d'un tel courant à travers un fil épais d'un côté et fin de l'autre, les électrons circulent plus rapidement sur l'extrémité mince, tout comme l'eau s'écoule plus rapidement à travers un tuyau étroit. Le flux d'électrons sur l'extrémité fine du fil peut être si rapide que les ondes de spin entraînées ne peuvent plus circuler dans la direction opposée. Le point auquel cela se produit le long du fil est un point de non-retour pour les ondes de spin, analogue à un horizon des événements de trou noir.

Rayonnement Hawking

Près des trous noirs astronomiques, la gravitation est si forte qu'elle crée un horizon des événements pour tout type de particule. Même les photons ne peuvent pas s'échapper d'un trou noir une fois qu'ils ont dépassé son horizon. En 1974, Stephen Hawking a découvert que les trous noirs ne sont pas complètement noirs, mais émettent des radiations. Grosso modo, des effets subtils de la mécanique quantique provoquent l'apparition et la disparition continues de paires de particules et d'antiparticules. Si cela se produit près de l'horizon d'un trou noir, une des particules de la paire est parfois avalée par le trou noir, laissant l'autre particule s'échapper et rayonner. Ce rayonnement dit de Hawking est presque impossible à observer dans l'espace. Cependant, la possibilité de simuler le trou noir sur une puce électronique permet d'étudier cet effet de manière beaucoup plus simple en regardant le rayonnement de Hawking des ondes de spin.

Intrication quantique, ordinateurs quantiques, et futures recherches

Les particules des paires qui provoquent le rayonnement de Hawking sont enchevêtrées mécaniquement quantique, ce qui signifie que leurs propriétés sont si étroitement liées qu'elles ne peuvent pas être décrites par la physique classique. L'intrication est l'un des ingrédients clés des technologies quantiques telles que les ordinateurs quantiques. L'une des directions que les chercheurs étudient actuellement est de savoir comment fabriquer des dispositifs qui utilisent cet enchevêtrement et peuvent servir de blocs de construction pour des applications basées sur l'intrication quantique des ondes de spin.