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대머리 블랙홀은 자기 머리카락을 잃습니다.

by 디기릭티틱티 디기릭티틱티 2021. 8. 27.

대머리 블랙홀은 자기 머리카락을 잃습니다.

 

1원리 플라즈마 시뮬레이션은 블랙홀이 자기장을 유지할 수 없다는 것을 보여줍니다.

 

물리학자 존 휠러(John Wheeler)에 따르면 "블랙홀에는 머리카락이 없습니다". 블랙홀은 질량, 전하 및 회전으로 완전히 설명될 수 있습니다. 그러나 일부 연구자들은 플라즈마로 둘러싸인 고전적인 블랙홀이 자기장의 형태로 "머리카락"을 유지할 수 있다고 제안했습니다. Columbia UniversityAshley Bransgrove와 그의 동료들은 이제 그러한 블랙홀이 결국 털이 없는 정리를 충족한다는 것을 보여줍니다[ 1 ]. 그 결과는 우리 은하 중심에 있는 것과 같은 초대질량 블랙홀의 X선 및 적외선 관측으로 테스트할 수 있습니다.

 

블랙홀은 자기장을 가지고 태어날 수도 있고 자화된 물질을 삼켜 자기장을 얻을 수도 있습니다. 머리카락이 없는 정리는 이러한 경우 고립된 블랙홀의 사건 지평선에 있는 자기장이 빠르게 방출되어 블랙홀을 "탈모" 상태로 되돌려야 한다고 말합니다. 그러나 천체물리학적 블랙홀은 단독으로 존재하지 않습니다. 오히려 자기장이 사건의 지평선에서 미끄러지는 것을 방지하는 플라즈마로 둘러싸여 있습니다. 머리카락이 없는 정리에서 이것이 의미하는 바는 무엇입니까?

 

이를 알아내기 위해 Bransgrove와 그의 동료들은 충돌이 없고 충돌하는 플라즈마가 있는 상태에서 블랙홀 주변의 자기장을 시뮬레이션했습니다. 그들은 자기장 라인이 끊어지고 다시 연결되어 공간으로 탈출하거나 블랙홀로 떨어지는 플라즈마로 채워진 자기 루프를 형성한다는 것을 발견했습니다. 재연결 속도가 빠를수록 자기장이 더 빨리 붕괴되고 털이 없는 정리가 더 빨리 충족됩니다.

 

강한 자기장에서 재결합은 고에너지 X선을 생성합니다. 이것은 블랙홀에 털이 없는 상태로 유지하는 것뿐만 아니라 이 과정이 초대질량 블랙홀 근처의 X선 플레어 및 핫스팟 관찰을 설명할 수 있음을 의미합니다.

 

장거리 양자 네트워크를 구축하는 것은 양자 과학 및 공학의 가장 중요하고 야심찬 목표 중 하나입니다. 이러한 네트워크를 양자 인터넷에 연결하려면 광자에 의해 전달되는 양자 정보가 조작되고 "새로 고침"될 수 있는 중간 스테이션이 필요합니다. 양자 중계기로 알려진 이 스테이션에는 광자가 이러한 큐비트를 인코딩하는 스핀과 얽힐 수 있도록 하는 광학 인터페이스가 있는 수명이 긴 큐비트가 포함되어 있습니다. 고체의 색상 중심은 긴 일관성 시간, 스핀 선택적 광학 전이 및 광자 방출 및 라우팅을 용이하게 하는 캐비티와 같은 광자 장치와의 호환성을 가질 수 있기 때문에 양자 반복기의 주요 후보입니다. 상대적으로 새롭고 유망한 컬러 센터인 다이아몬드의 주석 공석(SnV) 센터 [ 1], 이러한 핵심 요소 중 몇 가지를 특징으로 합니다. 그러나 최근까지 이러한 SnV 센터는 방출이 향상될 공동에 통합되지 않았습니다. 이제 Stanford UniversityJelena Vučković가 이끄는 팀은 SnV 센터를 나노 광자 장치에 통합하는 데 성공했으며 원하는 공동 모드로 90% 광자 방출을 달성했습니다[ 2 ]. 이 작업은 장거리 양자 네트워크의 실현을 향한 중요한 단계입니다.

 

하나 이상의 격자 원자가 누락되거나 다른 종으로 대체될 때 결정질 고체에서 색 중심이 형성됩니다. 이러한 복합체는 빛을 흡수하고 방출할 수 있으며, 스핀이 0이 아닌 기저 상태가 있는 경우 큐비트로 사용할 수 있습니다. 집중적인 연구는 양자 네트워크의 빌딩 블록으로서 다이아몬드의 색상 센터를 탐구하는 데 전념하고 있습니다[ 3 ]. 양자 기술 응용 분야에서 가장 많이 연구된 다이아몬드 색상 센터는 질소 결손(NV)입니다. 그 현저하게 긴 일관성 시간과 스핀 선택적 전환으로, NV 센터는 얽힘 스와핑 기능이있는 세 개의 노드 네트워크의 최근의 독창적 인 시위 [포함, 양자 네트워크의 발전에 중추적 인 역할을 해왔다 4]. 그러나 성공에도 불구하고 NV는 양자 네트워크에 대한 적합성을 제한하는 몇 가지 단점을 가지고 있습니다. 한 가지 문제는 진동 노이즈로, 대부분의 광자가 일관성 없이 방출되어 스핀-광자 얽힘 방식의 성공 확률이 감소합니다. 다른 문제는 이 색 중심의 영구 전기 쌍극자이며, 이는 주변 전하에 대한 감도를 유발합니다. 큐비트에 저장된 정보를 파괴할 수 있는 이러한 전하 노이즈는 나노광자 소자에서와 같이 NV가 표면 근처에 있을 때 악화됩니다.

 

이러한 제한으로 인해 연구자들은 대체 큐비트를 고려하게 되었습니다. 현재 집중 조사 중인 다이아몬드 컬러 센터의 저명한 제품군은 4개의 원자가 전자를 가진 원자인 IV족 원자 사이에 2개의 탄소 공석으로 구성된 복합체로 구성됩니다. 이러한 시스템의 반전 대칭은 영구 전기 쌍극자 모멘트를 사라지게 하여 나노 광자 구조에 통합하기에 적합합니다. 더욱이 방출된 광자의 대부분은 진동 소음이 없는 바람직한 "제로 포논 라인"의 주파수를 갖습니다. 다이아몬드 가장 연구 그룹 IV 센터 중 하나는 나노 포토 닉 장치에 통합 메모리 향상된 양자 통신 [첫 시연에 사용 된 실리콘 - 베이컨 (SIV) 중심 인 5]. 그러나 SiV 센터의 작동은 응집 시간이 애플리케이션에 충분히 긴 온도에 도달하기 위해 희석 냉각을 기반으로 하는 복잡하고 값비싼 극저온 기술이 필요합니다[ 6 ].

 

SnV 센터[ 7 ]는 잠재적인 솔루션으로 부상했습니다. 그것은 많은 바람직한 속성을 가지고 있습니다. 그것은 반전 대칭을 따르므로 전하 노이즈에 둔감합니다. 그것은 주로 제로 포논 라인을 통해 광자를 방출합니다. SiV보다 더 긴 일관성 시간을 나타냅니다. 희석 냉장고보다 간단한 기술로 도달할 수 있는 온도인 몇 켈빈에서 작동할 수 있습니다. 이러한 기능으로 인해 SnV는 양자 네트워크 노드로 사용하기에 특히 유망합니다. SnV 스핀의 광학 초기화가 시연되었지만[ 7 ], 이 색상 중심은 지금까지 응용 분야에 필요한 것처럼 나노 광자 구조에 통합되지 않았습니다.

 

그들의 시연을 위해 Stanford 팀은 다이아몬드 판에서 고품질 나노 광자 공동을 제작했습니다[ 2 ]. 그들은 먼저 다이아몬드 안에 주석 원자를 주입했습니다. 일반적으로 중불순 원자를 나노광자 소자에 통합하면 다이아몬드 표면이 손상되고 에미터 품질이 저하됩니다. 저자들은 고품질 다이아몬드 기판 아래 Sn 불순물 원자의 정확한 배치를 보장하는 새로운 색상 중심 생성 방법을 사용하여 이 문제를 극복했습니다[ 8 ]. 그런 다음 팀은 다이아몬드 판에 광결정 공동을 구성했습니다. 각각의 길고 얇은 공동에는 이를 따라 에칭된 일련의 구멍이 있었습니다. 공동은 또한 가벼운 감금을 더 강하게 만들기 위해 부분적으로 공중에 매달려 있습니다.

 

연구원들은 초기 연구에서 개발한 "역설계된" 커플러를 통해 공동 안과 밖으로 빛을 효율적으로 연결하는 데 성공했습니다[ 9 ]. 그들은 장치에 응축된 아르곤을 증착하여 공동 파장을 조정할 수 있습니다. 공동의 파장이 색 중심의 광학적 전이의 파장과 일치할 때 팀은 공진이 없는 경우에 비해 방출 강도가 40배 향상되는 것을 관찰했습니다. 또한, 광자는 날카로운 선폭을 유지하는 동안 자발적 방출 속도가 상당히 향상되었습니다. 이 좁은 방출은 광자가 단일 공동 모드로 방출될 확률이 거의 100%임을 의미합니다. 이러한 요소는 양자 중계기에서 충분히 높은 얽힘 속도를 설정하는 데 필요합니다.

 

SnV 스핀 상태[ 10 ] 의 일관된 광학 제어의 최근 시연과 함께 이러한 새로운 결과 는 SnV 기반 네트워크 생성을 향한 핵심 단계입니다. 이 목표를 향한 나머지 중요한 단계는 SnV 센터와 주고받는 양자 정보를 저장할 수 있는 다이아몬드 격자에서 탄소 13 원자(스핀이 0이 아닌 유일한 탄소 동위원소)로 구성된 고충실도 양자 메모리 레지스터를 만드는 것입니다. . 이러한 시연을 통해 SnV 센터는 다이아몬드 기반의 전임자를 능가할 수 있는 위치에 놓이게 될 것입니다.

 

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