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科学家正在使用量子粒子窥视黑洞内部

黑洞就像一个残酷的粉碎机,任何进入黑洞的物质都可能从宇宙中消失。但是对于微观量子力学,存在一种反驳。因为我们知道,在量子力学理论中,信息将永远不会被破坏。是否可以找到或重建有关进入黑洞的信息?一组物理学家承认他们已经这样做了,他们使用的方法是一种称为量子纠缠的奇妙现象。

首先,让我们谈谈黑洞是如何诞生的。当一颗巨大的恒星到达其生命尽头时,其核心开始坍塌到最小,直到所有物质凝结成一个非常小的点(奇点)。 ),会有黑洞。爱因斯坦的理论认为,物质的质量越大,其扭曲时间和空间的能力越强。它将具有更强大的引力,更小的体积和无穷大的质量以逃避其事件视界,物体需要超过光速并且不存在超过光速的物体,因此基本上没有任何东西可以逃离黑洞。

这是黑洞信息悖论的示意图。科学家将一个量子比特放入一个黑洞,并询问助手是否可以仅使用现有的霍金辐射来重建该量子比特。

黑洞信息悖论是霍金本人提出的。黑洞是时间和空间的区域。该区域的引力是如此强大,以至于没有任何东西可以从中逃脱,即使是光线也是如此。 “因此黑洞是人类看不见的,或者是用光学望远镜观察到的。”也就是说,一旦分子,码和基本粒子进入黑洞,它们是否变得无法识别,那么像航空这样的一堆手提箱就会失去标签,变得无法识别。也就是说,进入黑洞的物质的信息将被破坏,但是量子力学中的信息将不会被破坏。这显然违反了宇宙定律,这是众所周知的黑洞信息悖论。

1975年,史蒂芬霍金(Stephen Hawking)发现了一些有关黑洞的新现象:它们发射辐射。具体地,在黑洞视野中,当一对虚拟粒子进入黑洞时,另一个被推入黑洞视野之外。随着越来越多的粒子捕获越来越多的能量,它们可以从黑洞中逸出。往黑洞外面看似乎蒸发很慢,但是蒸发速度却非常慢。这是霍金辐射。

有人说这是黑洞信息悖论的一种解决方案:等待黑洞蒸发并可以获取信息。但是根据本月初发表的论文的作者所说,更快的解决方案可能在于成对的粒子。离开黑洞的粒子可能会告诉我们一些有关掉入黑洞的粒子的信息。

两个量子位,无论是黑洞事件地平线上的光子还是量子计算机中的基本数据单元,都可以共享一种称为纠缠的特殊关系,其中测量一个量子态会立即告诉您另一个量子态,无论其距离。单向量子计算机可以执行如此强大的计算,科学家可以使用这种方法在黑洞中获取另一种粒子信息。

当然,我们目前无法在黑洞周围进行实验,因此该团队使用了使用纠缠进行计算的量子计算机。然后,他们将三个原子纠缠在一起(它们模拟了一个临时的“黑洞”),并在其中纠缠了(霍金辐射的粒子)。结果?他们成功地测量了黑洞中原子何时以及在多大程度上发生了变化。

当然,我们不会在短时间内检测到黑洞含量,但研究人员认为其他人可以使用此技术来诊断量子计算机问题。该研究的合着者克里斯门罗(Chris Monroe)表示:“在实验室进行的量子干扰研究可以为量子计算或量子模拟的未来提供有用的见解。”

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