ブラックホールは重力のモンスターであり、ガスやダストを非常に宇宙ゴミの圧縮機のように微視的なポイントまで絞り込みます。現代の物理学は、消費された後、この問題に関する情報は宇宙に永遠に失われるべきであると定めています。しかし、新しい実験では、量子力学を使用してブラックホールの内部についてある程度の洞察を得る方法が存在する可能性があることが示唆されています。
「量子物理学では、情報が失われる可能性はない」と、メリーランド大学カレッジパークにある共同量子研究所（JQI）の物理学の大学院生であるケビンランズマン氏は、Live Scienceに語った。 「代わりに、情報は、不可分にリンクされた素粒子間で隠されたり、スクランブルされたりする可能性があります。
Landsmanと彼の共著者は、ブラックホールの簡略化されたモデル内で情報がいつ、どのくらい迅速にスクランブルされたかを測定できることを示しました。本日（3月6日）Nature誌に掲載された調査結果は、量子コンピューターの開発にも役立ちます。
ブラックホールは、超新星を行き来した巨大な死んだ星の崩壊から形成される、無限に密度が高く、無限に小さい物体です。彼らの巨大な引力のために、彼らは周囲の物質を吸い込み、それは彼らの事象の地平線と呼ばれるものの後ろに消えます-光を含む何も逃げることができない過去の点。
1970年代に、有名な理論物理学者のスティーブンホーキングは、ブラックホールが寿命を縮める可能性があることを証明しました。量子力学の法則（小さなスケールでの素粒子の動作を規定する規則）によると、粒子のペアは、ブラックホールのイベント期間のすぐ外に自発的に存在します。次に、これらの粒子の1つがブラックホールに落ち、もう1つは外側に推進され、その過程で小さなエネルギーのスミジョンを盗みます。非常に長いタイムスケールで、ブラックホールが蒸発するのに十分なエネルギーが盗まれます。これは、Hawking放射と呼ばれるプロセスで、Live Scienceが以前に報告しています。
しかし、ブラックホールの限りなく密な心の中に隠れている難問があります。量子力学では、粒子に関する情報（その質量、運動量、温度など）は決して破壊できないとされています。相対性の規則は同時に、ブラックホールのイベントの地平線を越えてズームした粒子がブラックホールの中心にある無限に密集したクラッシュに加わったことを同時に示しています。つまり、その情報は二度と取得できません。これらの互換性のない物理的要件を解決する試みは、これまで成功していません。この問題に取り組んだ理論家は、ジレンマをブラックホール情報のパラドックスと呼んでいます。
Landsmanと彼の同僚は、彼らの新しい実験で、ホーキング放射ペアで外向きに飛ぶ粒子を使用して、この問題をある程度緩和する方法を示しました。落下するパートナーと絡み合っているため、その状態はパートナーの状態と密接に関連しているため、一方のプロパティを測定すると、他方に関する重要な詳細が得られます。
カリフォルニア大学バークレー校の物理学者でチームのメンバーであるノーマン・ヤオ氏は声明のなかで、「これらの発信について大規模な量子計算を行うことにより、ブラックホールに投じられた情報を回復できる」と語った。
ブラックホール内の粒子は、すべての情報が量子力学的に「スクランブル」されています。つまり、彼らの情報は無秩序に混ざり合っており、それによってこれまでに抜け出すことが不可能になるはずです。しかし、このシステムで乱雑に絡み合った粒子は、パートナーに情報を渡す可能性があります。
現実のブラックホールに対してこれを行うのは、どうしようもないほど複雑です（しかも、物理ラボではブラックホールを見つけるのが困難です）。そこでグループは、もつれた量子ビット、または量子ビットを使用して計算を実行する量子コンピューターを作成しました-量子計算で使用される情報の基本単位。次に、イッテルビウム元素の3つの原子核を使用して単純なモデルを設定しました。これらの原子核はすべて互いに絡み合っています。
物理学者は、別の外部キュービットを使用して、3粒子システムの粒子がいつスクランブル化されたかを知ることができ、スクランブル化の度合いを測定することができました。さらに重要なことに、彼らの計算は、粒子が環境内の他の粒子ではなく、相互に明確にスクランブルされていることを示した、と研究に関与していないUCバークレーの理論物理学者であるRaphael BoussoはLive Scienceに語った。
「素晴らしい成果だ」と彼は付け加えた。 「これらのことのどれが実際に量子システムに起こっているかを区別することは非常に難しい問題であることがわかりました。」
その結果は、ブラックホールの研究が、量子力学の微妙な問題を調査できる実験にどのようにつながるかを示しており、これは将来の量子コンピューティングメカニズムの開発に役立つ可能性があると述べています。
