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物理學家可能已經找到了一種解開陷入黑洞的信息的方法

2019-04-17 16:38:16來源:

黑洞是引力怪物,將氣體和塵埃擠壓到微觀點,如巨大的宇宙垃圾壓實機。現代物理學指出,在被消耗之后,關于這個問題的信息應該永遠丟失在宇宙中。但是一項新實驗表明,可能有一種方法可以利用量子力學來洞察黑洞的內部。

“在量子物理學中,信息不可能丟失,”馬里蘭大學帕克分校聯合量子研究所(JQI)的物理研究生Kevin Landsman告訴Live Science。“相反,信息可以隱藏或擾亂”亞原子,不可分割的相互關聯的粒子。

Landsman和他的合著者表明,他們可以測量信息在黑洞的簡化模型中被擾亂的時間和速度,從而可以窺探其他難以理解的實體。今天(3月6日)在“ 自然 ”雜志上發表的調查結果也有助于量子計算機的發展。

黑洞是無限密集的,無限小的物體是由一顆巨大的死星坍塌而形成的。由于它們的巨大引力,它們會吸入周圍的物質,這些物質會消失在所謂的事件視界之后 - 包括光在內的任何事物都無法逃脫。

在20世紀70年代,著名的理論物理學家斯蒂芬霍金證明,黑洞可以在其一生中縮小。根據量子力學定律 - 規則決定亞微米粒子在微小尺度上的行為 - 粒子對在黑洞的事件視界之外自發地存在。其中一顆顆粒落入黑洞而另一顆顆粒向外推進,在此過程中偷走了一小撮能量。在極長的時間尺度上,正如Live Science先前報道的那樣,黑洞將會蒸發,這個過程被稱為霍金輻射。

但是在黑洞無限密集的心中隱藏著一個難題。量子力學說,有關粒子的信息 - 質量,動量,溫度等 - 永遠不會被破壞。相對論規則同時指出,已經通過黑洞事件視界的粒子已經與黑洞中心的無限密集粉碎相結合,這意味著無法再次獲取有關它的信息。到目前為止,嘗試解決這些不兼容的物理要求是不成功的; 那些研究過這個問題的理論家們把這個問題稱為黑洞信息悖論。

在他們的新實驗中,Landsman和他的同事展示了如何使用Hawking輻射對中的向外飛行粒子來解決這個問題。因為它與其頑固的伙伴糾纏在一起,意味著它的狀態與其伙伴的狀態密不可分,衡量一個人的屬性可以提供關于另一個人的重要細節。

加州大學伯克利分校的物理學家,該團隊成員Norman Yao在一份聲明中說:“人們可以通過對這些外向粒子進行大量的量子計算來恢復掉入黑洞的信息。”

黑洞內的粒子已經在量子力學上“混亂”了所有信息。也就是說,他們的信息混亂在一起,使得它無法永遠地解脫。但是,在這個系統中混亂的糾纏粒子可能會將信息傳遞給其合作伙伴。

對于真實世界的黑洞來說這樣做是無比復雜的(此外,在物理實驗室中很難得到黑洞)。這樣的組中創建了一個量子COMPUT ER,使用量子糾纏位或多個量子位執行的計算-的信息在量子計算中使用的基本單元。然后,他們使用元素Ytterbium的三個原子核建立了一個簡單的模型,它們都相互糾纏在一起。

使用另一個外部量子比特,物理學家能夠分辨出三粒子系統中的粒子何時被擾亂,并可以測量它們變得多么混亂。更重要的是,他們的計算結果表明,粒子是相互混雜的而不是環境中的其他粒子,加州大學伯克利理論物理學家Raphael Bousso沒有參與這項工作,他告訴Live Science。

“這是一項了不起的成就,”他補充道。“事實證明,區分哪些事情實際發生在你的量子系統中是一個非常困難的問題。”

Bousso說,研究結果顯示黑洞的研究如何導致可以探測量子力學中微小細微差別的實驗,這可能有助于未來量子計算機制的發展。

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