Mustat reiät ovat gravitaatiohirviöitä, jotka puristavat kaasua ja pölyä mikroskooppiseen pisteeseen, kuten suuria kosmisia roskapuristimia. Nykyaikainen fysiikka sanoo, että kulutuksensa jälkeen tiedot tästä asiasta tulisi kadottaa ikuisesti maailmankaikkeudelle. Mutta uusi kokeilu ehdottaa, että voisi olla tapa käyttää kvantimekaniikkaa saadaksesi jonkinlaisen kuvan mustan aukon sisäpuolelta.
"Kvanttifysiikassa tietoa ei voida menettää", kevin Landsman, Marylandin yliopiston College Parkin Joint Quantum Institute (JQI) -opiskelija, kertoi Live Science: lle. "Sen sijaan tiedot voidaan piilottaa tai sekoittaa" subatomisten, erottamattomasti linkittyneiden hiukkasten joukkoon.
Landsman ja hänen tekijänsä osoittivat pystyvänsä mittaamaan, milloin ja kuinka nopeasti tietoa sekoitettiin yksinkertaistetun mustan aukon mallin sisään, tarjoamalla potentiaalista kurkistaa muuten läpäisemättömiin kokonaisuuksiin. Tulokset, jotka ilmestyvät tänään (6. maaliskuuta) Nature-lehdessä, voisivat myös auttaa kvantitietokoneiden kehittämisessä.
Mustat aukot ovat äärettömän tiheitä, äärettömästi pieniä esineitä, jotka muodostuvat supernoovan menneen jättiläisen, kuolleen tähden romahtamisesta. Massiivisen painovoimavetonsa takia ne imevät ympäröivän materiaalin, joka katoaa heidän tapahtumahorisontinsa takana - kohtaan, josta mikään, mukaan lukien valo, ei pääse.
Kuuluisa teoreettinen fyysikko Stephen Hawking todisti 1970-luvulla, että mustat aukot voivat kutistua elinaikanaan. Kvanttimekaniikan lakien mukaan - säännöt, jotka määräävät alaatomisten hiukkasten käyttäytymisen pienissä mittakaavoissa - pari hiukkasia lähtee spontaanisti olemassaoloon aivan mustan aukon tapahtumahorisontin ulkopuolella. Toinen näistä hiukkasista putoaa sitten mustaan aukkoon, kun taas toinen ajaa ulospäin, varastaen prosessissa pienen energialähteen. Erittäin pitkien aikataulujen aikana tyhjennetään tarpeeksi energiaa mustan aukon haihtumiseksi. Tämä prosessi tunnetaan nimellä Hawking-säteily, kuten Live Science on aiemmin ilmoittanut.
Mutta mustan aukon äärettömän tiheässä sydämessä on piilossa varjelus. Kvanttimekaniikka sanoo, että tietoa hiukkasesta - sen massa, vauhti, lämpötila ja niin edelleen - ei voida koskaan tuhota. Suhteellisuussäännöissä todetaan samanaikaisesti, että hiukkas, joka on lähestynyt mustan aukon tapahtumahorisontin ohi, on liittynyt äärettömän tiheään murskaukseen mustan aukon keskustassa, mikä tarkoittaa, että mitään tietoa siitä ei voida koskaan saada uudelleen. Yritykset ratkaista nämä yhteensopimattomat fyysiset vaatimukset ovat epäonnistuneet tähän mennessä; Teoreetikot, jotka ovat työskennelleet ongelman parissa, kutsuvat dilemmaa mustan aukon tietojen paradokseksi.
Uudessa kokeilussaan Landsman ja hänen kollegansa osoittivat kuinka saada helpotusta tähän ongelmaan käyttämällä ulospäin lentävää hiukkasta Hawkingin säteilyparissa. Koska se on takertunut sisäänsyntyvään kumppaniinsa, mikä tarkoittaa, että sen tila on erottamattomasti sidoksissa kumppaninsa tilaan, toisen ominaisuuksien mittaaminen voi antaa tärkeitä yksityiskohtia toisesta.
"Mustaan aukkoon pudotetun tiedon voi saada takaisin tekemällä massiivisen kvanttilaskelman näille lähteville", Berkeleyn Kalifornian yliopiston fyysikko ja ryhmän jäsen Norman Yao sanoi lausunnossaan.
Mustan aukon sisällä olevilla hiukkasilla on kaikki tiedot kvantmekaanisesti "sekoitettu". Toisin sanoen heidän tiedot on sekoitettu kaoottisesti yhteen tavalla, jonka pitäisi tehdä mahdottomaksi koskaan poistua. Mutta takertunut hiukkas, joka sekoittuu tähän järjestelmään, voi mahdollisesti välittää tietoa kumppanilleen.
Tämän tekeminen todellisen maailman mustalle aukolle on toivottoman monimutkaista (ja lisäksi mustia aukkoja on vaikea löytää fysiikan laboratorioissa). Joten ryhmä loi kvantitietokoneen, joka suoritti laskelmia takertuneilla kvanttibiteillä tai kviteillä - kvanttilaskennassa käytetyn perusyksikön. Sitten he perustivat yksinkertaisen mallin käyttämällä Ytterbium-elementin kolmea ydintä, jotka kaikki olivat takertuneet toisiinsa.
Toista ulkoista kvbittiä käyttämällä fyysikot pystyivät selvittämään, milloin kolmihiukkasjärjestelmän hiukkaset sekoittuivat, ja pystyivät mittaamaan kuinka salatut ne olivat. Vielä tärkeämpää on, että heidän laskelmansa osoittivat, että hiukkaset sekoitettiin spesifisesti toistensa kanssa pikemminkin kuin muut ympäristön hiukkaset, kertoi Live Science: lle UC Berkeleyn teoreettinen fyysikko Raphael Bousso, joka ei ollut mukana työssä.
"Se on hieno saavutus", hän lisäsi. "Osoittautuu, että erottaminen siitä, mikä näistä asioista todella tapahtuu kvanttijärjestelmällesi, on erittäin vaikea ongelma."
Tulokset osoittavat, kuinka mustien reikien tutkimukset johtavat kokeisiin, jotka voivat koettaa pieniä hienouksia kvanttimekaniikassa, Bousso totesi, että niistä voisi olla apua tulevien kvanttilaskentamekanismien kehittämisessä.
