Cameron Merritt
0 
2455
105
Sorte hull er gravitasjonsmonstre, som presser gass og støv ned til et mikroskopisk punkt som flotte kosmiske søppelkomprimatorer. Moderne fysikk dikterer at, etter å ha blitt konsumert, informasjon om denne saken for alltid skal gå tapt for universet. Men et nytt eksperiment antyder at det kan være en måte å bruke kvantemekanikk for å få litt innsikt i det indre av et svart hull.
"I kvantefysikk kan informasjon umulig gå tapt," fortalte Kevin Landsman, en doktorgradsstudent ved fysikk ved Joint Quantum Institute (JQI) ved University of Maryland i College Park. "I stedet kan informasjon skjules, eller krypteres" blant subatomære, uløselig koblede partikler.
Landsman og hans medforfattere viste at de kunne måle når og hvor raskt informasjon ble kryptert inne i en forenklet modell av et svart hull, noe som ga et potensielt kikk inn i de ellers ugjennomtrengelige enhetene. Funnene, som vises i dag (6. mars) i tidsskriftet Nature, kan også hjelpe i utviklingen av kvantecomputere. [Stephen Hawkings mest fjerne ideer om svarte hull]
Svarte hull er uendelig tette, uendelig små gjenstander dannet fra sammenbruddet av en gigantisk, død stjerne som gikk supernova. På grunn av deres enorme gravitasjonstrekk suger de inn omgivende materiale, som forsvinner bak det som er kjent som deres begivenhetshorisont - punktet forbi som ingenting, inkludert lys, kan unnslippe.
På 1970-tallet beviste den berømte teoretiske fysikeren Stephen Hawking at sorte hull kan krympe over levetiden. I følge kvantemekanikkens lover - reglene som dikterer oppførselen til subatomære partikler i små skalaer - dukker par partikler spontant til eksistens rett utenfor et svart hulls hendelseshorisont. En av disse partiklene faller deretter inn i det sorte hullet mens den andre blir drevet utover, og stjeler et bittelite smidgeon av energi i prosessen. Over ekstremt lange tidsskalaer blir det tilført nok energi til at det sorte hullet vil fordampe, en prosess kjent som Hawking-stråling, som tidligere har rapportert.
Men det er et conundrum som gjemmer seg i det sorte hullets uendelig tette hjerte. Kvantemekanikk sier at informasjon om en partikkel - dens masse, fart, temperatur og så videre - aldri kan bli ødelagt. Relativitetsreglene sier samtidig at en partikkel som har zoomet forbi et sorte hulls hendelseshorisont, har gått sammen med den uendelig tette knusningen i sorte hullets sentrum, noe som betyr at ingen informasjon om det noen gang kan bli hentet igjen. Forsøk på å løse disse uforenlige fysiske kravene har hittil vært mislykket; teoretikere som har arbeidet med problemet, kaller dilemmaet for informasjonsparadokset om svart hull.
I sitt nye eksperiment viste Landsman og kollegene hvordan de kunne få litt lettelse for dette problemet ved å bruke den utoverflyvende partikkelen i et Hawking-strålingspar. Fordi den er sammenfiltret med sin infalling partner, og betyr at dens tilstand er uløselig knyttet til partnerens status, kan måling av egenskapene til den ene gi viktige detaljer om den andre.
"Man kan gjenopprette informasjonen som ble droppet ned i det sorte hullet ved å gjøre en massiv kvanteberegning på disse utgående [partiklene]," sier Norman Yao, en fysiker ved University of California, Berkeley, og medlem av teamet, i en uttalelse.
Partiklene inne i et svart hull har fått all sin informasjon kvantemekanisk "kryptert." Det vil si at informasjonen deres er blitt kaotisk blandet sammen på en måte som skal gjøre det umulig å noensinne trekke seg ut. Men en sammensveiset partikkel som blir virvlet opp i dette systemet, kan potensielt gi informasjon til partneren.
Å gjøre dette for et svart hull i den virkelige verden er håpløst komplisert (og dessuten er det vanskelig å få tak i sorte hull i fysikklaboratorier). Så gruppen opprettet en kvantecomputer som utførte beregninger ved hjelp av sammenfiltrede kvantebiter, eller qubits - den grunnleggende informasjonsenheten som ble brukt i kvanteberegning. De satte deretter opp en enkel modell ved hjelp av tre atomkjerner av elementet Ytterbium, som alle var sammenfiltret med hverandre.
Ved hjelp av en annen ekstern kvbit kunne fysikerne fortelle når partikler i det tre-partikkel-systemet ble kryptert og kunne måle hvor forvrengt de ble. Enda viktigere, beregningene deres viste at partiklene var spesifikt kryptert med hverandre snarere med andre partikler i miljøet, fortalte Raphael Bousso, en UC Berkeley teoretisk fysiker som ikke var involvert i arbeidet. .
"Det er en fantastisk bragd," la han til. "Det viser seg at det er et veldig vanskelig problem å skille hvilke av disse tingene som faktisk skjer med kvantesystemet."
Resultatene viser hvordan studier av sorte hull fører til eksperimenter som kan undersøke små subtiliteter i kvantemekanikk, sa Bousso, noe som kan bli nyttig i utviklingen av fremtidige kvanteberegningsmekanismer.
- De 18 største uløste mysteriene i fysikk
- Hva er det? Dine fysiske spørsmål besvart
- 18 ganger Quantum Particles Blew Our Minds
Opprinnelig publisert på .