Lubang hitam adalah raksasa graviti, memerah gas dan habuk turun ke titik mikroskopik seperti pemadat sampah kosmik yang hebat. Fizik moden menentukan bahawa, selepas dimakan, maklumat mengenai perkara ini harus selamanya hilang ke alam semesta. Tetapi satu eksperimen baru menunjukkan bahawa mungkin terdapat cara untuk menggunakan mekanik kuantum untuk mendapatkan sedikit pemahaman tentang interior lubang hitam.
"Dalam fizik kuantum, maklumat tidak mungkin hilang," Kevin Landsman, seorang pelajar siswazah fizik di Institut Joint Quantum (JQI) di University of Maryland di College Park, memberitahu Live Science. "Sebaliknya, maklumat boleh disembunyikan, atau digegarkan" di antara zarah subatomik yang berkaitan dengannya.
Landsman dan rekan-rekannya menunjukkan bahawa mereka dapat mengukur kapan dan seberapa cepat maklumat itu dirancangkan dalam model mudah sebuah lubang hitam, memberikan potensi penglihatan ke entiti yang tidak dapat ditembusi. Penemuan, yang muncul hari ini (6 Mac) dalam jurnal Nature, juga boleh membantu dalam pembangunan komputer kuantum.
Lubang-lubang hitam adalah benda-benda kecil yang sangat kecil, terbentuk dari keruntuhan raksasa, bintang mati yang pergi supernova. Kerana tarikan graviti mereka yang besar, mereka menghisap bahan sekitar, yang hilang di sebalik apa yang dikenali sebagai cakrawala acara mereka - masa lalu yang tiada apa-apa, termasuk cahaya, dapat melepaskan diri.
Pada tahun 1970-an, ahli fizik teori terkenal, Stephen Hawking membuktikan bahawa lubang hitam boleh menyusut sepanjang hayat mereka. Menurut undang-undang mekanik kuantum - peraturan yang menentukan perilaku zarah subatomik pada skala kecil - pasang zarah secara spontan muncul sebagai wujud di luar lubang kejadian lubang hitam. Salah satu zarah tersebut kemudiannya jatuh ke dalam lubang hitam manakala yang lain dipancarkan ke luar, mencuri satu smidgeon kecil tenaga dalam proses. Lebih banyak masa yang panjang, tenaga yang cukup mencuri bahawa lubang hitam akan menguap, satu proses yang dikenali sebagai radiasi Hawking, seperti yang telah dilaporkan oleh Live Science sebelum ini.
Tetapi ada satu teka-teki yang bersembunyi di dalam lubang hitam yang sangat padat. Mekanik kuantum mengatakan bahawa maklumat mengenai zarah - jisim, momentum, suhu dan sebagainya - tidak boleh dimusnahkan. Kaedah-kaedah relativiti pada masa yang sama menyatakan bahawa zarah yang telah mengembang melewati cakrawala acara lubang hitam telah bergabung dengan menghancurkan tak terhingga yang padat di pusat lubang hitam, yang bermaksud bahawa tiada maklumat tentang hal itu dapat diperoleh lagi. Percubaan untuk menyelesaikan keperluan fizikal yang tidak serasi ini tidak berjaya sehingga kini; ahli teori yang telah bekerja pada masalah memanggil dilema paradoks maklumat lubang hitam.
Dalam eksperimen baru mereka, Landsman dan rakan-rakannya menunjukkan bagaimana untuk mendapatkan sedikit kelegaan untuk isu ini menggunakan zarah keluar-keluar dalam pasangan radiasi Hawking. Oleh kerana ia terikat dengan rakan kongsi yang tidak sempurna, bermakna keadaannya berkait rapat dengan pasangannya, mengukur sifat seseorang dapat memberikan maklumat penting tentang yang lain.
"Kita boleh memulihkan maklumat yang jatuh ke dalam lubang hitam dengan melakukan pengiraan kuantum secara besar-besaran ke atas keluar ini," kata Norman Yao, ahli fizik di University of California, Berkeley, dan anggota pasukan, dalam satu kenyataan.
Zarah-zarah di dalam lubang hitam mempunyai semua maklumat mereka secara kuantum-mekanik "hancur." Iaitu, maklumat mereka telah dicampur secara huru-hara dalam satu cara yang mustahil untuk melepaskan diri. Tetapi zarah yang tersangkut yang digemaskan dalam sistem ini berpotensi untuk menyampaikan maklumat kepada pasangannya.
Melakukan ini untuk lubang hitam dunia sebenar adalah rumit (dan di samping itu, lubang hitam sukar diletakkan di dalam makmal fizik). Jadi kumpulan itu mencipta komputer kuantum yang melakukan pengiraan menggunakan bit kuantum terikat, atau qubit - unit dasar maklumat yang digunakan dalam pengkomputeran kuantum. Mereka kemudiannya membuat satu model mudah menggunakan tiga inti atom unsur Ytterbium, yang semuanya terikat dengan satu sama lain.
Menggunakan qubit luaran yang lain, para ahli fizik dapat memberitahu apabila zarah-zarah dalam sistem tiga zarah itu menjadi hancur dan dapat mengukur bagaimana mereka menjadi rancak. Lebih penting lagi, pengiraan mereka menunjukkan bahawa zarah-zarah itu secara khusus bergegas satu sama lain dan dengan zarah-zarah lain di alam sekitar, Raphael Bousso, seorang ahli fizik teori UC Berkeley yang tidak terlibat dalam kerja itu, memberitahu Live Science.
"Ia pencapaian yang hebat," katanya. "Ternyata membezakan antara perkara-perkara ini sebenarnya berlaku kepada sistem kuantum anda adalah masalah yang sangat sukar."
Keputusan menunjukkan bagaimana kajian lubang hitam membawa kepada eksperimen yang boleh meneliti kehalusan kecil dalam mekanik kuantum, kata Bousso, yang dapat membantu dalam pembangunan mekanisme pengkomputeran kuantum masa depan.
