الثقوب السوداء هي وحوش جاذبية ، وتضغط الغاز والغبار إلى نقطة مجهرية مثل ضواغط القمامة الكونية العظيمة. تملي الفيزياء الحديثة أنه ، بعد استهلاكها ، يجب فقدان المعلومات حول هذه المسألة إلى الأبد في الكون. لكن تجربة جديدة تشير إلى أنه قد تكون هناك طريقة لاستخدام ميكانيكا الكم للحصول على بعض التبصر في الجزء الداخلي من الثقب الأسود.
وقال كيفين لاندسمان ، طالب دراسات عليا في الفيزياء في معهد الكم المشترك (JQI) في جامعة ميريلاند في كوليدج بارك لـ Live Science: "في فيزياء الكم ، لا يمكن فقدان المعلومات". "بدلاً من ذلك ، يمكن إخفاء المعلومات ، أو خلطها" بين الجسيمات دون الذرية التي لا تنفصم.
أظهر لاندسمان وشركاؤه أنه يمكنهم قياس متى وكيف يتم بسرعة دمج المعلومات داخل نموذج مبسط لثقب أسود ، مما يوفر نظرة خاطفة محتملة على الكيانات التي لا يمكن اختراقها. النتائج ، التي تظهر اليوم (6 مارس) في مجلة Nature ، يمكن أن تساعد أيضًا في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
الثقوب السوداء كثيفة إلى ما لا نهاية ، وأشياء صغيرة لا نهائية تشكلت من انهيار نجم ميت ، عملاق أصبح سوبرنوفا. بسبب جاذبيتها الضخمة ، يمتصون المواد المحيطة ، والتي تختفي وراء ما يعرف باسم أفق الحدث - النقطة الماضية التي لا يمكن لأي شيء ، بما في ذلك الضوء ، الهروب منها.
في السبعينيات من القرن الماضي ، أثبت الفيزيائي النظري الشهير ستيفين هوكينج أن الثقوب السوداء يمكن أن تتقلص طوال حياتها. وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم - القواعد التي تملي سلوك الجسيمات دون الذرية في المقاييس الصغيرة - تظهر أزواج من الجسيمات تلقائيًا إلى الوجود خارج أفق حدث الثقب الأسود. ثم يقع أحد هذه الجسيمات في الثقب الأسود بينما يتم دفع الآخر إلى الخارج ، ويسرق كمية صغيرة جدًا من الطاقة في هذه العملية. على مدى فترات زمنية طويلة للغاية ، يتم سرقة ما يكفي من الطاقة حتى يتبخر الثقب الأسود ، وهي عملية تعرف باسم إشعاع هوكينج ، كما ذكرت Live Science سابقًا.
لكن هناك لغزًا يختبئ في قلب الحفرة السوداء الكثيفة بلا حدود. تقول ميكانيكا الكم أنه لا يمكن أبدًا تدمير المعلومات حول الجسيم - كتلته وزخمه ودرجة حرارته وما إلى ذلك. تنص قواعد النسبية في نفس الوقت على أن جسيمًا تجاوز أفق حدث الثقب الأسود قد انضم إلى الانهيار الكثيف بلا حدود في مركز الثقب الأسود ، مما يعني أنه لا يمكن استرداد أي معلومات عنه مرة أخرى. لم تنجح حتى الآن محاولات حل هذه المتطلبات المادية غير المتوافقة ؛ المنظرون الذين عملوا على المشكلة وصفوا معضلة مفارقة معلومات الثقب الأسود.
في تجربتهم الجديدة ، أظهر لاندسمان وزملاؤه كيفية الحصول على بعض الراحة لهذه المشكلة باستخدام الجسيم المتطاير للخارج في زوج إشعاع هوكينج. لأنها متشابكة مع شريكها المتعثر ، مما يعني أن حالتها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بحالة شريكها ، يمكن أن يوفر قياس خصائص أحدهما تفاصيل مهمة عن الآخر.
وقال نورمان ياو ، الفيزيائي بجامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، وعضو الفريق ، في بيان: "يمكن للمرء استعادة المعلومات التي سقطت في الثقب الأسود من خلال إجراء حساب كمّي هائل على هؤلاء المغادرين".
إن الجسيمات الموجودة داخل الثقب الأسود قد تم "خلط" جميع معلوماتها ميكانيكيا كميا. أي أن معلوماتهم تم خلطها بشكل عشوائي بطريقة تجعل من المستحيل التخلص منها. لكن الجسيمات المتشابكة التي يتم خلطها في هذا النظام يمكن أن تنقل المعلومات إلى شريكها.
إن القيام بذلك من أجل ثقب أسود حقيقي هو أمر معقد بشكل يائس (وإلى جانب ذلك ، من الصعب الحصول على الثقوب السوداء في مختبرات الفيزياء). لذا أنشأت المجموعة حاسوبًا كموميًا أجرى حسابات باستخدام بتات كمومية متشابكة ، أو وحدة البتات - الوحدة الأساسية للمعلومات المستخدمة في الحوسبة الكمومية. ثم وضعوا نموذجًا بسيطًا باستخدام ثلاث نويات ذرية للعنصر Ytterbium ، والتي كانت جميعها متشابكة مع بعضها البعض.
باستخدام كيوبت خارجي آخر ، تمكن الفيزيائيون من معرفة متى أصبحت الجسيمات في نظام الجسيمات الثلاث مختلطة ويمكن أن تقيس كيف أصبحت مخلوطة. الأهم من ذلك ، أظهرت حساباتهم أن الجسيمات كانت مخلوطة على وجه التحديد مع بعضها البعض بدلاً من الجسيمات الأخرى في البيئة ، كما قال رافائيل بوسو ، الفيزيائي النظري في جامعة كاليفورنيا في بيركلي الذي لم يشارك في العمل ، لـ Live Science.
واضاف "انه انجاز رائع". "اتضح أن تمييز أي من هذه الأشياء يحدث بالفعل لنظامك الكمي هو مشكلة صعبة للغاية."
وقال بوسو إن النتائج تظهر كيف تؤدي دراسات الثقوب السوداء إلى تجارب يمكن أن تسبر التفاصيل الدقيقة في ميكانيكا الكم ، والتي يمكن أن تصبح مفيدة في تطوير آليات الحوسبة الكمومية المستقبلية.
