Roterende zwarte gaten en computers die kwantummechanische verschijnselen gebruiken om informatie te verwerken, zijn onderwerpen die wetenschapsliefhebbers al tientallen jaren fascineren, maar zelfs de meest innovatieve denkers brengen ze zelden samen. Nutsvoorzieningen, echter, theoretisch fysicus Ovidiu Racorean van de General Direction of Information Technology, Boekarest, Roemenië suggereert dat krachtige röntgenstralen die in de buurt van deze zwarte gaten worden uitgezonden, eigenschappen hebben die ze ideale informatiedragers maken voor kwantumcomputers. Dit werk is onlangs gepubliceerd in Nieuwe astronomie .

De term 'zwarte gaten' is algemeen bekend, maar niet iedereen weet precies wat ze zijn. Wanneer sterren aan het einde van hun leven komen, ze kunnen in elkaar zakken onder hun eigen gewicht, dichter en dichter worden. Sommige kunnen instorten tot een punt met in wezen geen volume en oneindige dichtheid, met een zwaartekrachtveld waar zelfs licht niet aan kan ontsnappen:dit is een zwart gat. Als de ster die hem vormt draait, zoals de meeste sterren doen, het zwarte gat zal ook draaien.

Materiaal dat in de buurt komt van een roterend zwart gat maar er niet in valt, aggregeert tot een cirkelvormige structuur die bekend staat als een accretieschijf. Krachtige krachten die op accretieschijven werken, verhogen hun temperatuur, zodat ze röntgenstralen uitzenden, die kunnen fungeren als dragers van kwantuminformatie.

De fotonen waaruit de röntgenstralen bestaan, hebben twee eigenschappen:polarisatie en baanimpulsmoment. Elk van deze kan een qubit (kwantumbit) aan informatie coderen, de standaard informatie-eenheid in quantum computing. "Lab-gebaseerde onderzoekers gebruiken al bundelsplitsers en prisma's om deze eigenschappen in röntgenfotonen te verstrengelen en kwantuminformatie te verwerken, ", zegt Racorean. "Het lijkt er nu op dat de kromming van de ruimtetijd rond een zwart gat dezelfde rol zal spelen als dit apparaat."

Zo ver, echter, dit proces is slechts een voorspelling. Het definitieve bewijs zal komen wanneer de eigenschappen van röntgenstralen in de buurt van draaiende zwarte gaten worden waargenomen, wat in het volgende decennium zou kunnen gebeuren.

Rond 2022 worden twee ruimtesondes met dezelfde missie gelanceerd:de Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) van NASA, en de X-ray Imaging Polarimetry Explorer (XIPE) van de European Space Agency. Deze zullen de polarisatie van alle röntgenstraling in de ruimte onderzoeken, inclusief die uitgezonden in de buurt van zwarte gaten. "Als we ontdekken dat de röntgenpolarisatie verandert met de afstand tot het zwarte gat, waarbij die in de centrale regio het minst gepolariseerd zijn, we zullen verstrengelde toestanden hebben waargenomen die kwantuminformatie kunnen bevatten, ' zegt Racorean.

Dit onderwerp lijkt misschien esoterisch, maar het kan praktische toepassingen hebben. "Op een dag, we kunnen misschien zelfs roterende zwarte gaten als kwantumcomputers gebruiken door [röntgenfotonen] op de juiste baan rond deze spookachtige astronomische lichamen te sturen, " concludeert Racorean. Bovendien, wetenschappers geloven dat simulatie van ongebruikelijke toestanden van materie een belangrijke vroege toepassing van kwantumcomputers zal zijn, en er zijn weinig meer ongewone toestanden van materie dan die in de buurt van zwarte gaten.