หลุมดำเป็นสัตว์ประหลาดที่มีแรงโน้มถ่วงบีบก๊าซและฝุ่นละอองจนถึงจุดเล็ก ๆ เช่นเครื่องอัดขยะขนาดใหญ่ในจักรวาล ฟิสิกส์ยุคใหม่บอกว่าหลังจากหมดแล้วข้อมูลเกี่ยวกับเรื่องนี้ควรจะหายไปตลอดกาลในจักรวาล แต่การทดลองใหม่แสดงให้เห็นว่าอาจมีวิธีใช้กลศาสตร์ควอนตัมเพื่อให้เข้าใจถึงการตกแต่งภายในของหลุมดำ
“ ในฟิสิกส์ควอนตัมข้อมูลอาจไม่สูญหาย” เควินลันด์แมนนักศึกษาปริญญาโทฟิสิกส์จาก Joint Quantum Institute (JQI) ที่มหาวิทยาลัยแมริแลนด์ในคอลเลจพาร์คกล่าวกับ Live Science "ข้อมูลสามารถซ่อนหรือก่อกวน" ในบรรดาอนุภาคย่อยที่เชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออก
Landsman และผู้ร่วมเขียนของเขาแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถวัดเวลาและความเร็วของข้อมูลที่ถูกรบกวนในรูปแบบที่เรียบง่ายของหลุมดำให้มองที่มีศักยภาพในการมองไม่เห็นหน่วยงานที่ไม่ยอมรับ การค้นพบที่ปรากฏในวันนี้ (6 มีนาคม) ในวารสาร Nature สามารถช่วยในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้เช่นกัน
หลุมดำนั้นหนาแน่นอย่างไม่สิ้นสุดวัตถุเล็ก ๆ ที่เกิดขึ้นจากการล่มสลายของดาวยักษ์ที่ตายไปแล้ว เนื่องจากแรงดึงดูดของพวกมันมหาศาลพวกมันดูดซับวัสดุรอบข้างซึ่งหายไปข้างหลังสิ่งที่เรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ของพวกเขา - จุดที่ผ่านมาซึ่งไม่มีสิ่งใดรวมถึงแสงสามารถหลบหนีได้
ในปี 1970 สตีเฟ่นฮอว์คิงนักฟิสิกส์ทฤษฎีที่มีชื่อเสียงพิสูจน์ให้เห็นว่าหลุมดำสามารถหดตัวลงได้ตลอดช่วงชีวิต ตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม - กฎที่กำหนดพฤติกรรมของอนุภาคในระดับเล็ก ๆ - คู่ของอนุภาคจะปรากฏขึ้นตามธรรมชาตินอกขอบเขตเหตุการณ์หลุมดำ หนึ่งในอนุภาคเหล่านี้จะตกลงไปในหลุมดำในขณะที่อีกส่วนหนึ่งถูกขับออกไปด้านนอกขโมยพลังงานขนาดเล็กในกระบวนการ ในช่วงเวลาที่ยาวนานมาก ๆ มีพลังงานมากพอที่จะขุดหลุมดำได้ซึ่งเป็นกระบวนการที่รู้จักกันในชื่อรังสีฮอว์คิงตามที่วิทยาศาสตร์รายงานไว้ก่อนหน้านี้
แต่มีปริศนาซ่อนอยู่ในหัวใจที่หนาแน่นของหลุมดำ กลศาสตร์ควอนตัมกล่าวว่าข้อมูลเกี่ยวกับอนุภาค - มวลโมเมนตัมอุณหภูมิและอื่น ๆ - ไม่สามารถถูกทำลายได้ กฎของทฤษฎีสัมพัทธภาพพร้อมกันระบุว่าอนุภาคที่ซูมผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำได้เข้าร่วมกับความสนใจที่หนาแน่นอย่างไม่สิ้นสุดที่ศูนย์กลางของหลุมดำซึ่งหมายความว่าจะไม่มีการเรียกคืนข้อมูลใด ๆ อีกเลย ความพยายามแก้ไขข้อกำหนดทางกายภาพที่ไม่สามารถใช้ร่วมกันได้นั้นไม่ประสบความสำเร็จในปัจจุบัน นักทฤษฎีที่ทำงานเกี่ยวกับปัญหานี้เรียกว่าภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกของข้อมูลหลุมดำ
ในการทดลองใหม่ของพวกเขา Landsman และเพื่อนร่วมงานของเขาแสดงให้เห็นว่าจะได้รับการบรรเทาสำหรับปัญหานี้ได้อย่างไรโดยใช้อนุภาคที่บินออกไปในคู่รังสีฮอว์คิง เนื่องจากมีการเชื่อมโยงกับพันธมิตรที่ไม่มีข้อ จำกัด ความหมายของสถานะจึงเชื่อมโยงกับคู่ค้าของตนอย่างแยกไม่ออกการวัดคุณสมบัติของหนึ่งจึงสามารถให้รายละเอียดที่สำคัญเกี่ยวกับอีกฝ่ายได้
“ เราสามารถกู้คืนข้อมูลที่หล่นลงไปในหลุมดำได้โดยทำการคำนวณควอนตัมครั้งใหญ่สำหรับสิ่งเหล่านี้” นอร์แมนเหยานักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์และสมาชิกของทีมกล่าวในแถลงการณ์
อนุภาคภายในหลุมดำมีข้อมูลทั้งหมดของพวกเขาในเชิงกลไก "สัญญาณรบกวน" นั่นคือข้อมูลของพวกเขาถูกปนกันอย่างสับสนวุ่นวายในแบบที่ควรทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะคลี่คลาย แต่อนุภาคที่พันกันยุ่ง ๆ ที่เกิดขึ้นในระบบนี้อาจส่งผ่านข้อมูลไปยังคู่ค้าของตน
การทำสิ่งนี้เพื่อหลุมดำในโลกแห่งความจริงนั้นซับซ้อนอย่างสิ้นหวัง (และนอกจากนี้หลุมดำนั้นยากที่จะเกิดขึ้นในห้องทดลองฟิสิกส์) ดังนั้นกลุ่มจึงสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำการคำนวณโดยใช้บิตควอนตัมที่พันกันหรือ qubits - หน่วยพื้นฐานของข้อมูลที่ใช้ในการคำนวณควอนตัม จากนั้นพวกเขาก็สร้างแบบจำลองอย่างง่ายโดยใช้นิวเคลียสสามอะตอมของธาตุอิทเทอเรียมซึ่งรวมตัวกัน
ด้วยการใช้ควิตภายนอกอื่นนักฟิสิกส์สามารถบอกได้ว่าเมื่อใดที่อนุภาคในระบบอนุภาคสามตัวนั้นถูกสัญญาณรบกวนและสามารถวัดได้ว่ามันจะกลายเป็นสัญญาณรบกวนอย่างไร ที่สำคัญกว่านั้นการคำนวณของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าอนุภาคเหล่านี้ถูกรบกวนซึ่งกันและกันโดยเฉพาะกับอนุภาคอื่น ๆ ในสภาพแวดล้อม Raphael Bousso นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของ UC Berkeley ที่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานกล่าวกับ Live Science
“ มันเป็นความสำเร็จที่ยอดเยี่ยม” เขากล่าวเสริม "ปรากฎว่าการแยกแยะว่าสิ่งใดที่เกิดขึ้นกับระบบควอนตัมของคุณซึ่งเป็นปัญหาที่ยากมาก"
ผลแสดงให้เห็นว่าการศึกษาของหลุมดำนำไปสู่การทดลองที่สามารถตรวจสอบรายละเอียดปลีกย่อยเล็ก ๆ ในกลศาสตร์ควอนตัม Bousso กล่าวซึ่งอาจเป็นประโยชน์ในการพัฒนากลไกการคำนวณควอนตัมในอนาคต
