Juodosios skylės yra gravitaciniai monstrai, išspaudžiantys dujas ir dulkes iki mikroskopinio taško, kaip puikūs kosminių šiukšlių tankintuvai. Šiuolaikinė fizika diktuoja, kad išgėrus informacijos apie šį reikalą visam laikui turėtų būti prarasta. Tačiau naujas eksperimentas rodo, kad galbūt yra būdas naudoti kvantinę mechaniką, kad būtų galima šiek tiek pažinti juodosios skylės vidų.
„Kiekybinėje fizikoje informacijos negalima prarasti“, - „Live Science“ pasakojo Merilando universiteto Koledžo parke esančio Jungtinio kvantų instituto (JQI) fizikos magistrantas Kevinas Landsmanas. „Vietoj to, informaciją galima paslėpti arba užkoduoti“ tarp subatominių, neatsiejamai susietų dalelių.
Landsmanas ir jo bendraautoriai parodė, kad jie galėjo įvertinti, kada ir kaip greitai informacija buvo suduota supaprastintame juodosios skylės modelyje, suteikiant galimybę žvilgtelėti į kitaip neįveikiamus subjektus. Rezultatai, kurie šiandien (kovo 6 d.) Pasirodo žurnale „Nature“, taip pat galėtų padėti kurti kvantinius kompiuterius.
Juodosios skylės yra be galo tankios, be galo mažos, susidariusios po milžiniškos negyvos žvaigždės, žlugusios supernova, griūties. Dėl didžiulio gravitacinio traukos jie čiulpia aplinkinę medžiagą, kuri dingsta už vadinamojo įvykių horizonto - praeities taško, iš kurio negali išeiti niekas, įskaitant šviesą.
Aštuntajame dešimtmetyje garsus teorinis fizikas Stephenas Hawkingas įrodė, kad juodosios skylės gali susitraukti visą jų gyvenimą. Remiantis kvantinės mechanikos dėsniais - taisyklėmis, kurios diktuoja subatominių dalelių elgesį mažais masteliais - dalelių poros spontaniškai iškyla į egzistavimą tiesiog už juodosios skylės įvykio horizonto. Tuomet viena iš šių dalelių patenka į juodąją skylę, o kita išstumiama į išorę, o proceso metu pavogta maža energijos. Per ilgą laiką sunaudojama pakankamai energijos, kad juodoji skylė išgaruotų. Tai procesas, žinomas kaip Hawkingo radiacija, kaip anksčiau pranešė „Live Science“.
Bet juodosios skylės be galo tirštoje širdyje slepiasi keblumas. Kvantinė mechanika sako, kad informacijos apie dalelę - jos masę, impulsą, temperatūrą ir panašiai - niekada negalima sunaikinti. Reliatyvumo taisyklės tuo pat metu teigia, kad dalelė, priartėjusi prie juodosios skylės įvykio horizonto, sujungė su be galo tankiu sutriuškinimu juodosios skylės centre - tai reiškia, kad jokios informacijos apie ją niekada nebebus galima atgauti. Bandymai išspręsti šiuos nesuderinamus fizinius reikalavimus iki šiol nebuvo sėkmingi; šią problemą dirbę teoretikai dilemą vadina juodosios skylės informacijos paradoksu.
Savo naujame eksperimente Landsmanas ir jo kolegos pademonstravo, kaip palengvinti šią problemą, naudojant į išorę skraidančias daleles Hawkingo radiacijos poroje. Kadangi ji yra įsipainiojusi į savo kylančią partnerę, tai reiškia, kad jos būsena yra neatsiejamai susijusi su jos partnerio būsena, matuojant vieno žmogaus savybes, galima gauti svarbios informacijos apie kitą.
„Atgaunant į juodąją skylę gautą informaciją, galima atlikti masinį šių išvežamų kvantų skaičiavimą“, - teigiama Kalifornijos universiteto Berkeley universiteto fiziko Normano Yao komandos naryje.
Dalelės, esančios juodosios skylės viduje, visą savo informaciją kvantiniu-mechaniniu būdu „sukramtytos“. Tai yra, jų informacija buvo chaotiškai sumaišyta taip, kad niekada nebus įmanoma ištrinti. Tačiau įsipainiojusi dalelė, kuri įsibėgėja šioje sistemoje, gali perduoti informaciją savo partneriui.
Tai padaryti be realaus pasaulio juodosios skylės yra beviltiškai sudėtinga (be to, fizikinėse laboratorijose juodųjų skylių sunku rasti). Taigi grupė sukūrė kvantinį kompiuterį, kuris atliko skaičiavimus, naudodamas įsipainiojusius kvantinius bitus arba kvites - pagrindinį informacijos vienetą, naudojamą kvantiniame skaičiavime. Tada jie sudarė paprastą modelį, panaudodami tris elemento Ytterbium atominius branduolius, kurie visi buvo susipynę vienas su kitu.
Naudodami kitą išorinę kvadratą, fizikai galėjo pasakyti, kada trijų dalelių sistemoje dalelės pasidarė subraižytos, ir galėjo išmatuoti, kaip jos sukramtytos. Dar svarbiau, kad jų skaičiavimai parodė, kad dalelės buvo specialiai subraižytos viena su kita, o ne su kitomis aplinkos dalelėmis, - „Live Science“ pasakojo Rafaelis Bousso, UC Berkeley teorinis fizikas, nedalyvavęs darbe.
„Tai puikus pasiekimas“, - pridūrė jis. "Pasirodo, atskirti, kuris iš šių dalykų iš tikrųjų vyksta jūsų kvantinei sistemai, yra labai sunki problema."
Rezultatai rodo, kaip juodųjų skylių tyrimai lemia eksperimentus, galinčius ištirti nedidelius kvantinės mechanikos subtilybes, teigė Bousso, ir tai galėtų būti naudinga kuriant būsimus kvantinio skaičiavimo mechanizmus.
