Црне рупе су гравитациона чудовишта, која притискају гас и прашину до микроскопске тачке попут великих космичких компактора смећа. Савремена физика диктира да, након конзумирања, информације о овој материји заувек треба да буду изгубљене у универзуму. Али нови експеримент сугерише да би могао постојати начин да се користи квантна механика како би се стекао увид у унутрашњост црне рупе.
"У квантној физици, информације се никако не могу изгубити", изјавио је за Ливе Сциенце Кевин Ландсман, студент постдипломског студија Заједничког квантног института (ЈКИ) на Универзитету Мариланд у Цоллеге Парк-у. "Уместо тога, информације се могу сакрити или шифровати" међу субатомским, нераскидиво повезаним честицама.
Ландсман и његови коаутори показали су да могу измерити када и колико брзо информације се провлаче унутар поједностављеног модела црне рупе, пружајући потенцијални завир у иначе непробојне ентитете. Открића, која се данас (6. марта) појављују у часопису Натуре, такође би могла помоћи у развоју квантних рачунара.
Црне рупе су бесконачно густи, бесконачно ситни предмети формирани од колапса џиновске, мртве звезде која је отишла у супернову. Због великог гравитацијског повлачења усисавају се у околни материјал који нестаје иза онога што је познато као њихов хоризонт догађаја - тачке прошлости из које ништа, укључујући светлост, не може да изађе.
1970-их познати теоријски физичар Степхен Хавкинг доказао је да се црне рупе могу смањити током њиховог живота. Према законима квантне механике - правилима која диктирају понашање субатомских честица на ситним скалама - парови честица спонтано настају непосредно изван хоризонта догађаја црне рупе. Једна од тих честица тада пада у црну рупу, док се друга креће ка споља, крадући сићушан смидгеон енергије у том процесу. Током екстремно дугог временског распона, троши се довољно енергије да црна рупа испарава, процес познат као Хавкинг зрачење, како је раније објавила Ливе Сциенце.
Али постоји загонетка која се скрива у бесконачно густом срцу црне рупе. Квантна механика каже да се подаци о честици - њеној маси, моменту, температури итд. - никада не могу уништити. Правила релативности истовремено кажу да се честица која је зумирала поред хоризонта црне рупе спојила са бесконачно густом дробљењем у средишту црне рупе, што значи да никакве информације о њој више никада не могу бити поново пронађене. Покушаји да се реше ови неспојиви физички захтеви до данас нису били успешни; теоретичари који су радили на проблему дилему називају парадокс информација црне рупе.
У свом новом експерименту, Ландсман и његове колеге показали су како да се донесе олакшање за ово питање користећи честицу која лети споља у пару зрачења Хавкинга. Пошто је запетљан са својим падалим партнером, што значи да је његово стање нераскидиво повезано са стањем партнера, мерење својстава једног може дати важне детаље о другом.
"Може се повратити информација бачена у црну рупу вршећи се квантним квантним прорачуном ових одлазећих", рекао је у изјави Норман Иао, физичар са Калифорнијског универзитета у Берклију и члан тима.
Честице унутар црне рупе имале су све своје податке квантно механички "шифриране". Односно, њихове информације су хаотично помешане на начин који би онемогућио икад истјеривање. Али заплетена честица која се у овом систему збрка, потенцијално може пренети информације свом партнеру.
Чинити то за црну рупу у стварном свету безнадно је компликовано (а поред тога, у црне рупе је тешко доћи у лабораторијима физике). Тако је група створила квантни рачунар који је обављао прорачуне користећи испреплетене квантне битове, или квитете - основну јединицу информација која се користи у квантном рачунању. Затим су поставили једноставан модел користећи три атомска језгра елемента Иттербиум, која су била сва испреплетена једно са другим.
Помоћу другог спољног кубита, физичари су били у стању да утврде када ће се честице у систему од три честице пробушити и да могу да мере колико су постали. Још важније, њихова израчунавања су показала да су се честице посебно помешале са осталим честицама у окружењу, рекао је за Ливе Сциенце Рапхаел Боуссо, теоретски физичар из УЦ Беркелеија који није био укључен у рад.
"То је предивно достигнуће", додао је. "Испада да је разликовање тога што се од тих ствари заправо дешава у вашем квантном систему веома тежак проблем."
Резултати показују како студије црних рупа воде експериментима који могу испитати мале суптилности у квантној механици, рекао је Боуссо, који би могли постати корисни у развоју будућих механизама за квантно рачунање.
