日本广岛大学的研究人员提出了一种黑洞激光器，使用了量子约瑟夫森（Josephson）超材料传输线，孤子在激光设备中扮演谐振器的角色。该研究设想或可在未来促进霍金辐射基础上不同时空之间的量子通信系统的开发。

基本的物理力量支配着构成宇宙的物质，然而这些力量是如何协同工作的至今还没有完全弄清楚。霍金辐射的存在——来自黑洞附近的粒子发射，表明广义相对论和量子力学必须“合作”。但是由于宇宙的背景噪音，直接观察黑洞的霍金辐射几乎是不可能的，那么研究人员如何研究它来更好地理解力是如何相互作用的，以及它们是如何整合成“万物理论”的呢？

霍金辐射，由斯蒂芬·霍金在1972年建立它的数学模型。霍金辐射的理论能说明如何降低黑洞的质量而导致黑洞蒸散的现象。来源：百科

广岛大学高级科学与工程研究生院的博士生Haruna Katayama认为，“山不来就我,我便去就山 ”——既然研究人员不能去研究霍金辐射，就必须把霍金辐射带给研究人员。她提出了一种量子电路，可以作为黑洞激光器，提供了一个实验室级的黑洞等价物，独具优势。

“在这项研究中，我们设计了一个量子电路激光理论，使用一个模拟黑洞和一个白洞作为谐振器。”Katayama说。白洞是黑洞的理论伙伴，它发出的光和物质与黑洞消耗的光和物质完全相反，是黑洞老化坍缩之后的一种状态，其时空曲率和黑洞恰好相反，是无限膨胀的。

所设计的电路利用了一种超材料，从而允许超光速运动，这种运动横跨视界之间的空间，而霍金辐射就在视界附近发射。

“超光速的特性在普通电路建立的正常介质中是不可能的，”Katayama说。“超材料元素使霍金辐射在视界之间来回传播成为可能，约瑟夫森效应(Josephson effect)——描述了无电压传播的连续电流流动，在视界的模式转换放大霍金辐射方面发挥了重要作用，从而模拟了白洞和黑洞之间的行为。”

Katayama的设计建立在先前提出的光学黑洞激光器的基础上，引入了允许超光速的超材料，并利用约瑟夫森效应放大霍金辐射。由此产生的量子电路诱导出一种孤子——局部的、自我增强的弧波，可保持速度和形状，直到外部因素使自身系统崩溃。

与之前提出的黑洞激光器不同，该设计有一个在单个孤子内形成的黑洞/白洞腔，霍金辐射在孤子外发射，可供科研人员对其进行评估。

霍金辐射是以纠缠粒子对的形式产生的，一个在视界内，一个在视界外。根据研究人员的说法，可观察到的纠缠粒子带有其“伙伴粒子”的影子。因此，两个粒子之间的量子相关性可以在数学上确定，而无需同时观察两个粒子。Katayama探测到这种纠缠对于确认霍金辐射是不可或缺的。

然而必须承认，由于光的正常色散，实验室霍金辐射不同于真正的黑洞霍金辐射。光的成分会像彩虹一样朝一个方向分裂。如果这些成分可以被控制，使得一些能够被反转和反弹，那么由此产生的实验室霍金辐射将与真正的黑洞霍金辐射具有相同的正频率。

她现在正在研究如何整合反常色散，以获得更具可比性的结果。“未来，我们希望利用霍金辐射开发不同时空之间的量子通信系统，该系统的可扩展性和可控性是开发量子技术的重要优势所在。”

来源：Quantum-circuit black hole lasers，Scientific Reports，https://www.nature.com/articles/s41598-021-98456-0