В Мадриде научились воспроизводить хаос черных дыр в лаборатории. Группа из Университета Комплутенсе вместе с французскими коллегами показала, что система ультрахолодных атомов при периодическом изменении параметров начинает вести себя подобно знаменитой модели Сачдева-Йе-Китаева. Эта теоретическая конструкция связана с черными дырами и квантовым хаосом. Результаты опубликованы в Physical Review Letters, а независимые публикации подтверждают, что методика работает.
Вместо сложных установок с сотнями взаимодействующих частиц исследователи использовали обычную оптическую решетку, своего рода «кристалл» из света, где атомы удерживаются в лазерных ловушках. Раньше для имитации хаоса требовались запутанные связи между всеми частицами. Теперь достаточно ритмично менять параметры системы. Подобный же подход, известный как инженерия Флоке, заметно упрощает эксперимент. Повторить его может почти любая современная лаборатория; этот метод также отмечают в научных обзорах последних лет.
Профессор Карлос Креффильд объясняет, что строить сверхсложные конструкции не необходимо: достаточно регулярно менять параметры ловушки, чтобы в системе возникали коллективные квантовые эффекты, предсказанные моделью Сачдева-Йе-Китаева. Обычное перемещение атомов между ячейками подавляется, а на первый план выходят коллективные взаимодействия между всеми частицами. Так можно наблюдать интенсивный квантовый хаос и быстрое распространение запутанности, эффекты, которые интересуют физиков в связи с черными дырами и сверхпроводниками. В лаборатории воспроизводят математически эквивалентные режимы динамики информации и хаоса, сама черная дыра не моделируется. Для фундаментальной физики это заметный результат.
Численные расчеты показали, что новая методика воспроизводит две главные особенности SYK-модели: максимальный уровень хаотичности и быстрое распространение квантовой информации. По словам профессора Фернандо Солса, все это можно реализовать на уже существующем оборудовании для работы с ультрахолодными атомами. То, что раньше было чистой теорией, становится предметом реальных экспериментов. В материалах Physical Review Letters отмечается, что система демонстрирует сильный хаос и быстрое распространение запутанности; это подтверждают и независимые источники.
Следующий шаг: перенести метод на ферми-атомы, поскольку изначально SYK-модель описывает фермионы, а не бозоны. Команда также собирается добавить в эксперимент контролируемый беспорядок и испытать более сложные оптические решетки. По данным журнала Physical Review Letters, подобные эксперименты могут помочь ответить на вопросы о потере информации в черных дырах и поведении экзотических материалов.
Квантовый хаос и парадоксы черных дыр теперь можно изучать экспериментально, а не только теоретически. Испания закрепляет за собой статус одного из лидеров квантовых технологий; методика может стать новым стандартом для исследований материи и космоса.
