Черните дупки са гравитационни чудовища, които притискат газ и прах до микроскопична точка като големи космически уредби за боклук. Съвременната физика диктува, че след като бъде консумирана, информацията за тази материя трябва да бъде загубена завинаги във Вселената. Но нов експеримент предполага, че може да има начин да се използва квантова механика, за да се добие известен поглед върху вътрешността на черна дупка.
„В квантовата физика информацията не може да бъде загубена“, заяви пред Live Science Кевин Ландсман, студент по физика в Съвместния квантов институт (JQI) в Университета на Мериленд в College Park. "Вместо това информацията може да бъде скрита или разградена" сред субатомни, неразривно свързани частици.
Landsman и неговите съавтори показаха, че те могат да измерват кога и колко бързо информацията е набраздена в опростен модел на черна дупка, предоставяйки потенциален поглед в иначе непроницаемите образувания. Констатациите, които се появяват днес (6 март) в списание Nature, също могат да помогнат за развитието на квантовите компютри.
Черните дупки са безкрайно плътни, безкрайно малки предмети, образувани от рухването на гигантска мъртва звезда, която отиде свръхнова. Поради масивното си гравитационно дърпане те всмукват околния материал, който изчезва зад хоризонта на събитията - точката, минаваща от която нищо, включително светлината, не може да избяга.
През 70-те години известният теоретичен физик Стивън Хокинг доказа, че черните дупки могат да се свият през целия им живот. Според законите на квантовата механика - правилата, които диктуват поведението на субатомните частици на малки мащаби - двойки частици спонтанно възникват точно извън хоризонта на събитията на черната дупка. След това една от тези частици попада в черната дупка, докато другата се задвижва навън, открадвайки мъничък мигдон от енергия в процеса. В продължение на изключително дълъг период от време се отделя достатъчно енергия, за да се изпари черната дупка, процес, известен като радиация на Хокинг, както преди време съобщава Live Science.
Но има главоблъсканица, криеща се в безкрайно плътното сърце на черната дупка. Квантовата механика казва, че информацията за една частица - нейната маса, импулс, температура и така нататък - никога не може да бъде унищожена. Правилата на относителността едновременно заявяват, че частица, която е мащабирана покрай хоризонта на събитията на черната дупка, се е присъединила с безкрайно плътната смачка в центъра на черната дупка, което означава, че никаква информация за нея никога не може да бъде извлечена отново. Опитите за разрешаване на тези несъвместими физически изисквания към момента не са успешни; теоретиците, които са работили по проблема, наричат дилемата парадокс на информацията за черната дупка.
В новия си експеримент Ландсман и неговите колеги показаха как да получат някакво облекчение за този проблем, използвайки частицата, летяща навън в радиационна двойка Хокинг. Тъй като е заплетен с падащия си партньор, което означава, че състоянието му е неразривно свързано с това на партньора му, измерването на свойствата на едното може да даде важни подробности за другия.
"Човек може да възстанови информацията, пусната в черната дупка, като направи масивно квантово изчисление на тези изходящи", казва в изявление Норман Яо, физик от Калифорнийския университет, Бъркли и член на екипа.
Частиците вътре в черна дупка са получили цялата си информация квантово-механично „разграбена“. Тоест информацията им е хаотично смесена заедно по начин, който би трябвало да направи невъзможно изобщо да се изтръгне. Но заплетена частица, която се разбърква в тази система, може потенциално да предаде информация на партньора си.
Правенето на това за черна дупка в реалния свят е безнадеждно сложно (и освен това черните дупки са трудно дошли в лабораториите по физика). Така групата създаде квантов компютър, който извършва изчисления, като използва заплетени квантови битове, или кубити - основната единица информация, използвана при квантовите изчисления. След това те създават прост модел, използвайки три атомни ядра на елемента Ytterbium, които всички бяха заплетени един с друг.
Използвайки друг външен кубит, физиците успяха да разберат кога частиците в системата от три частици се разбъркват и могат да измерят колко бъркани са станали. По-важното е, че техните изчисления показаха, че частиците са специално разбъркани помежду си, а не с други частици в околната среда, заяви Рафаел Бусо, теоретичен физик на UC Berkeley, който не е участвал в работата, каза Live Science.
"Това е прекрасно постижение", добави той. "Оказва се, че разграничаването кое от тези неща всъщност се случва с вашата квантова система е много труден проблем."
Резултатите показват как изследванията на черните дупки водят до експерименти, които могат да изследват малки тънкости в квантовата механика, каза Бусо, които биха могли да бъдат полезни при разработването на бъдещи механизми за квантово изчисление.
