Mustad augud saavad oma nime, kuna nende raskusjõud on nii tugev, et see püüab isegi valgust kinni. Ja kuna valgus ei saa musta auku jätta, tuleb ka see teave välja. Kummalisel kombel on füüsikud näidanud teoreetilist käeulatust ja mõelnud välja, kuidas mustasse auku kukkunud infokild välja tuua. Nende arvutus puudutab füüsika üht suurimat saladust: kuidas kogu musta auku kinni jäänud teave lekib musta augu "aurustumisel". Arvatakse, et see peaks juhtuma, kuid keegi ei tea, kuidas.
Uus skeem peaks aga pigem rõhutama musta augu infoprobleemi keerukust, mitte seda lahendama. "Võib-olla suudavad teised sellega edasi minna, kuid ma ei usu, et see aitab," ütleb Kanadas Edmontonis Alberta ülikooli teoreetik Don Page, kes polnud selles töös osalenud.
Elektriarvet saate kärpida, kuid teavet ei saa hävitada, visates selle musta auku. See on osaliselt tingitud asjaolust, et kuigi kvantmehaanika tegeleb tõenäosustega - nagu tõenäosus, et elektron on ühes või teises kohas -, peavad need tõenäosused andvad kvantlained arenema ennustataval viisil, nii et kui teate lainekuju ühes punktis, saate seda ennustada. täpselt igal ajal tulevikus. Ilma selle "ühtsuseta" annaks kvantteooria mõttetuid tulemusi, näiteks tõenäosused, mis ei moodusta 100%.
Oletame, et viskate mõned kvantosakesed musta auku. Esmapilgul lähevad osakesed ja neis sisalduv teave kaotsi. Ja see on probleem, sest kvantseisundi osa, mis kirjeldab osakeste ja mustade aukude kombineeritud süsteemi, on hävitatud, mis muudab täpse evolutsiooni ennustamise võimatuks ja rikub ühtsust.
Füüsikute arvates on nad leidnud väljapääsu. 1974. aastal väitis Briti teoreetik Stephen Hawking, et mustad augud võivad eraldada osakesi ja energiat. Tänu kvantmääramatusele pole tühi ruum tegelikult tühi - see on täis paaritatud osakesi, mis perioodiliselt eksisteerivad ja kaovad. Hawking mõistis, et kui vaakumist väljuv osakeste paar tabab musta augu serva, lendab üks kosmosesse ja teine langeb musta auku. Musta augu energia kandmine põhjustab põgeneva Hawkingi kiirguse tõttu musta augu aeglase aurustumise. Mõned teoreetikud arvavad, et teave ilmub uuesti ja on kodeeritud musta augu kiirgusse - see on siiski täiesti arusaamatu hetk, kuna kiirgus näib olevat täiesti juhuslik.
Ja nii on Aidan Chatwin-Davis, Adam Jermyn ja Sean Carroll California Pasadenas asuvas Tehnoloogiainstituudis leidnud hea viisi, kuidas Hawkingi kiirguse ja kummalise kvantteleportatsiooni kontseptsiooni abil saada teavet ühest mustasse auku kadunud kvantosakestest.
Kvanttelortatsioon võimaldab kahel partneril, Alice'il ja Bobil, viia ühe osakese, nagu elektroni, delikaatne kvantolek teise teise. Kvantteoorias saab elektroni pöörlemist suunata korraga üles, alla või üles ja alla. Seda seisundit saab kirjeldada täpiga maakeral, kus põhjapoolus tähendab ülespoole ja lõunapoolus allapoole. Laiuskraadid tähendavad erinevaid segusid üles ja alla ning pikkuskraadid "faasi" ehk seda, kuidas tipud ja põhjad lõikuvad. Aga kui Alice üritab seda olekut mõõta, siis "variseb" see ühes või teises stsenaariumis üles või alla, hävitades faasiinfo. Seetõttu ei saa ta osariiki mõõta ja Bobile teavet saata, vaid peab selle saatma puutumata.
Selleks saavad Alice ja Bob vahetada täiendava elektronipaari, mis on ühendatud spetsiaalse kvantsidemega - sidumine. Iga takerdunud paaris oleva osakese olek pole määratletud - see osutab samaaegselt ühele punktile maakeral -, kuid nende olekud on omavahel seotud, nii et kui Alice mõõdab oma osakest paarist ja avastab, et see pöörleb, ütleme, ülespoole, saab ta kohe teada, et Bobi elektron pöörleb ülevalt alla. Niisiis, Alice'il on kaks elektroni - üks neist, kelle olekut ta soovib teleportida, ja pool temast takerdunud paarist. Bobil on ainult üks segane paar.
Reklaamvideo:
Teleportatsiooni teostamiseks kasutab Alice veel üht kummalist kvantmehaanika omadust: see mõõtmine mitte ainult ei näita süsteemi kohta midagi, vaid muudab ka selle olekut. Seetõttu võtab Alice oma kaks lahti ühendatud elektroni ja teeb mõõtmise, mis "projitseerib" takerdunud oleku neile. See mõõtmine lagundab tema ja Bobi elektronide paari takerdumise. Kuid samal ajal viib see selleni, et Bobi elektron on olekus, kus Alice elektron oli, mille ta pidi teleportreerima. Õige mõõtmise kaudu kannab Alice kvantinformatsiooni süsteemi ühelt küljelt teisele.
Chatwin-Davis ja tema kolleegid mõistsid, et nad saavad teleportreerida teavet ka mustast august elektroni oleku kohta. Oletame, et Alice hõljub oma elektroniga musta augu kõrval. See haarab ühe footoni Hawkingi kiirguspaarist. Nagu elektron, võib ka footon pöörelda mõlemas suunas ja takerdub musta auku langeva footonipartneriga. Seejärel mõõdab Alice musta augu kogu nurkmomenti ehk pöörlemist - selle suurust ja, jämedalt öeldes, kui sirgelt on see konkreetse telje suhtes. Need kaks infobitti käes, viskab ta oma elektroni, kaotades selle igaveseks.
Kuid Alice suudab taastada teavet selle elektroni oleku kohta, väidavad teadlased Physical Review Letters teoses. Tal jääb üle vaid uuesti mõõta musta augu pöörlemist ja suunda. Need mõõtmised põimuvad siis musta augu ja sattuva footoni. Samuti teleporteerivad nad elektroni oleku Alice'i püütud footonile. Seega ekstraheeritakse kadunud elektroni teave vaadeldavasse universumisse.
Chatwin-Davis rõhutab, et see disain ei ole praktilise katse plaan. Lõppkokkuvõttes peab Alice koheselt mõõtma musta augu pöörlemist, mille mass on sama kui päikesel. "Naljatame, et Alice on tõenäoliselt kõige arenenum teadlane universumis," ütleb ta.
Sellel skeemil on ka palju piiranguid. Eelkõige, nagu autorid märgivad, töötab see ühe kvantosakesega, kuid mitte kahe või enama osaga. Seda seetõttu, et retsept kasutab asjaolu, et must auk säilitab nurkkiiruse, seega on selle viimane spinn võrdne selle esialgse pöörlemisega pluss elektroniga. See võimaldab Alice'il eraldada täpselt kaks informatsioonibitti - kogu spin ja selle projektsioon piki ühte telge - ning sellest piisab ühe osakese kvantseisundi laius- ja pikkuskraadi määramiseks. Kuid sellest ei piisa kogu musta augu tabatud teabe taastamiseks.
Musta augu teabe probleemi tõeliseks lahendamiseks peavad teoreetikud arvestama musta augu siseruumide keerukate olekutega, ütleb Berkeley California ülikooli teoreetik Stefan Leichenhower. "Kahjuks on kõige suuremad küsimused mustade aukude kohta sisemise töö kohta," ütleb ta. "Nii et see protokoll, mis on iseenesest kindlasti huvitav, räägib meile ilmselt musta augu infoprobleemist vähe."
