חורים שחורים הם מפלצות כבידה, סוחטים גז ואבק עד לנקודה מיקרוסקופית כמו קומפקטורים זבל גדולים. הפיזיקה המודרנית מכתיבה כי לאחר הצריכה, מידע על עניין זה צריך לאבד ליקום לנצח. אולם ניסוי חדש מציע כי יתכן שיש דרך להשתמש במכניקת הקוונטים כדי לקבל תובנה מסוימת על פנים חור שחור.
קווין לנדסמן, סטודנט לתואר שני בפיזיקה במכון הג'וינט קוואנט (JQI) באוניברסיטת מרילנד בקולג 'פארק, אמר ל- Live Science. "במקום זאת, מידע יכול להיות מוסתר, או לטרוף אותו" בין חלקיקים תת-אטומיים, הקשורים זה בזה ללא הפרדה.
לנדסמן וחבריו המשותפים הראו כי הם יכולים למדוד מתי וכמה מהר מקשורים מידע בתוך מודל מפושט של חור שחור, ומספקים הצצה פוטנציאלית לישויות בלתי חדירות אחרת. הממצאים, המופיעים היום (6 במרץ) בכתב העת Nature, עשויים לסייע גם בפיתוח מחשבים קוונטיים.
חורים שחורים הם עצמים צפופים עד אינסוף, חפצים קטנים עד אינסוף שנוצרו מהתמוטטות כוכב ענק ומת ומת שהלך לסופרנובה. בגלל משיכת הכבידה המאסיבית שלהם, הם מוצצים חומר מסביב, שנעלם מאחורי מה שמכונה אופק האירועים שלהם - נקודת העבר ששום דבר, כולל אור, לא יכול לברוח.
בשנות השבעים הוכיח הפיזיקאי התיאורטי המפורסם סטיבן הוקינג כי חורים שחורים יכולים להתכווץ לאורך חייהם. על פי חוקי מכניקת הקוונטים - הכללים המכתיבים את התנהגותם של חלקיקים תת-אטומיים בקני מידה זעירים - זוגות חלקיקים צצים באופן ספונטני לקיום ממש מחוץ לאופק האירועים של חור שחור. לאחר מכן, אחד החלקיקים הללו נופל לתוך החור השחור ואילו השני מונע כלפי חוץ, וגונב תהליך של אנרגיה זעירה. לאורך טווחי זמן ארוכים במיוחד, מועברים מספיק אנרגיה שהחור השחור יתאדה, תהליך המכונה קרינת הוקינג, כפי שדיווח בעבר Live Science.
אבל יש בלונדה המסתתרת בלבו הצפוף של החור השחור. מכניקת הקוונטים אומרת שמידע על חלקיק - המסה שלו, המומנטום, הטמפרטורה וכדומה - לעולם אינו יכול להיהרס. כללי היחסות קובעים במקביל שחלקיק שהתרחק מעבר לאופק האירועים של החור השחור הצטרף למעבה הצפוף עד אינסוף במרכז החור השחור, כלומר לא ניתן יהיה לאחזר מידע אודותיו שוב. הניסיונות לפתור דרישות גופניות לא תואמות אלה לא צלחו עד כה; תיאורטיקנים שעבדו על הבעיה מכנים את הדילמה פרדוקס המידע על החור השחור.
בניסוי החדש שלהם, לנדסמן ועמיתיו הראו כיצד ניתן לקבל הקלה מסוימת בנושא זה באמצעות החלקיק המעופף כלפי חוץ בזוג קרינה של הוקינג. מכיוון שהוא מסתבך עם בן זוגו המדהים, משמע שמצבו קשור באופן בלתי נפרד לזה של בן זוגו, מדידת תכונותיו של האחד יכולה לספק פרטים חשובים על האחר.
בהצהרה נמסר נורמן יאו, פיזיקאי מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, וחבר הצוות. "אפשר לשחזר את המידע שנפל לחור השחור על ידי ביצוע חישוב קוונטי אדיר על היוצאים האלה.
החלקיקים בתוך חור שחור קיבלו את כל המידע הקוונטי-מכני שלהם ". כלומר, המידע שלהם היה מעורבב באופן כאוטי בצורה שאמורה לאפשר אי-פעם להיחלץ. אך חלקיק מסובך שמתערבל במערכת זו יכול להעביר מידע לבן זוגו.
לעשות זאת למען חור שחור אמיתי הוא מסובך ללא תקווה (וחוץ מזה קשה להגיע לחורים שחורים במעבדות הפיזיקה). אז הקבוצה יצרה מחשב קוונטי שביצע חישובים באמצעות ביטים קוונטיים מסתבכים, או קווביטים - יחידת המידע הבסיסית המשמשת במחשוב קוונטי. לאחר מכן הם הקימו מודל פשוט באמצעות שלושה גרעינים אטומיים של היסוד יתרטרביום, שכולם הסתבכו זה עם זה.
באמצעות קוביט נוסף חיצוני, הצליחו הפיזיקאים לדעת מתי חלקיקים במערכת השלושה חלקיקים נהרסו ויכלו למדוד עד כמה הם מקושקשים. חשוב מכך, החישובים שלהם הראו כי החלקיקים היו מעורבבים זה בזה באופן ספציפי יותר עם חלקיקים אחרים בסביבה, אמר רפאל בוסו, פיזיקאי תיאורטי של UC ברקלי שלא היה מעורב ביצירה, אמר ל- Live Science.
"זה הישג נפלא," הוסיף. "מסתבר כי הבחנה בין הדברים מהדברים האלה שקורה בפועל למערכת הקוונטים שלך היא בעיה קשה מאוד."
התוצאות מראות כיצד מחקרים על חורים שחורים מובילים לניסויים שיכולים לחקור דקויות קטנות במכניקת הקוונטים, אמר בוסו, שיכולים להועיל בפיתוח מנגנוני מחשוב קוונטי עתידיים.
