Mustad augud on gravitatsioonilised koletised, mis pigistavad gaasi ja tolmu mikroskoopilisse punkti nagu suured kosmilised prügikombainid. Kaasaegne füüsika dikteerib, et pärast tarbimist peaks teave selle teema kohta universumile igaveseks kaduma. Kuid uus eksperiment viitab sellele, et võib-olla on võimalus kasutada kvantmehaanikat, et saada musta augu sisemusest ülevaade.
"Kvantfüüsikas ei saa teavet mingil juhul kaotada," rääkis Mary Parki Ülikooli Kolledži pargis asuva Ühise Kvantide Instituudi (JQI) füüsika magistrant Kevin Landsman Live Science'ile. "Selle asemel saab teabe peita või skrambleerida" alaatomiliste, lahutamatult seotud osakeste hulka.
Landsman ja tema kaasautorid näitasid, et nad oskasid mõõta, millal ja kui kiiresti teave ründesse musta auku lihtsustatud mudelisse saadi, pakkudes potentsiaalset piilumist muidu läbitungimatutesse üksustesse. Need leiud, mis ilmuvad täna (6. märtsil) ajakirjas Nature, võiksid aidata ka kvantarvutite väljatöötamisel.
Mustad augud on lõpmata tihedad, lõpmata väikesed objektid, mis on moodustatud hiiglasliku surnud tähe kokkuvarisemisest, mis läks supernoovaks. Tänu oma massiivsele gravitatsioonilisele tõmbele imevad nad ümbritsevat materjali, mis kaob selle taga, mida tuntakse nende sündmuste horisondi taga - punktina, millest mööda miski, sealhulgas valgus, ei pääse.
Kuulus teoreetiline füüsik Stephen Hawking tõestas 1970. aastatel, et mustad augud võivad elu jooksul kahaneda. Vastavalt kvantmehaanika seadustele - reeglitele, mis dikteerivad subatomaalsete osakeste käitumist väikestes skaalades - hüppavad osakeste paarid spontaanselt eksisteerima just musta augu sündmuste horisondi taha. Seejärel kukub üks neist osakestest musta auku, teine aga liigub väljapoole, varastades selles protsessis pisikese energia. Äärmiselt pikkade ajavahemike jooksul kulutatakse musta energia aurustamiseks piisavalt energiat - seda protsessi nimetatakse Hawkingi kiirguseks, nagu Live Science on varem teatanud.
Kuid musta auku lõpmata tihedas südames on peidus nõme. Kvantmehaanika ütleb, et teavet osakese kohta - selle mass, hoog, temperatuur ja nii edasi - ei saa kunagi hävitada. Relatiivsuse reeglid väidavad samaaegselt, et musta augu sündmuse horisondist kaugemale suumunud osake on ühinenud lõpmatult tiheda purustusega musta augu keskpunktis, mis tähendab, et selle kohta ei saa enam kunagi teavet. Katsed neid ühildumatuid füüsilisi nõudeid lahendada ei ole seni õnnestunud; probleemi kallal töötanud teoreetikud nimetavad dilemmat musta augu teabe paradoksiks.
Uues katses näitasid Landsman ja tema kolleegid, kuidas Hawkingi kiirguspaari väljapoole lendavate osakeste abil saada selles küsimuses leevendust. Kuna see on takerdunud oma juurdekuuluvasse partnerisse, mis tähendab, et tema olek on lahutamatult seotud tema partneriga, võib ühe omaduse mõõtmine anda teise kohta olulisi üksikasju.
"Mustasse auku langenud teabe saab taastada, kui tehakse nende väljaminevate kohta ulatuslik kvantarvutus," ütles Californias Berkeley ülikoolis töötav füüsik ja meeskonna liige Norman Yao avalduses.
Musta augu sees olevate osakeste kogu teave on kvantmehaaniliselt "segamini segatud". See tähendab, et nende teave on kaootiliselt segunenud viisil, mis peaks muutuma võimatuks kunagi väljasaatmise. Kuid takerdunud osake, mis selles süsteemis segamini tõuseb, võib potentsiaalselt edastada teavet oma partnerile.
Päris maailma musta augu jaoks selle tegemine on lootusetult keeruline (ja peale selle on mustaid auke füüsikalaborites raske leida). Nii lõi rühm kvantarvuti, mis teostas arvutusi takerdunud kvantbittide ehk kbittide abil - kvantarvutuses kasutatava teabe põhiühikuna. Seejärel püstitasid nad lihtsa mudeli, kasutades elemendi Ytterbium kolme aatomituuma, mis olid kõik üksteisega seotud.
Teise välise kvadriidi abil suutsid füüsikud öelda, millal kolmeosakeses süsteemis olevad osakesed segunesid ja oskasid mõõta, kui laialivalguvad need muutunud. Veelgi olulisem on see, et nende arvutused näitasid, et osakesed olid spetsiifiliselt üksteisega segatud pigem keskkonna teiste osakestega, rääkis UC Berkeley teoreetiline füüsik Raphael Bousso, kes polnud tööga seotud, Live Science'ile.
"See on suurepärane saavutus," lisas ta. "Selgub, et vahet teha, milline neist asjadest teie kvantisüsteemiga tegelikult juhtub, on väga keeruline probleem."
Tulemused näitavad, kuidas mustade aukude uuringud viivad eksperimentideni, mis võivad proovida kvantmehaanika väikesi peensusi, ütles Bousso, millest võib tulevikus abi saada kvantarvutusmehhanismide väljatöötamisel.
