黑洞是引力怪兽，把气体和尘埃压缩到一个微观点，就像巨大的宇宙垃圾压缩机。现代物理学规定，在被吞噬后，有关这种物质的信息应该永远消失在宇宙中。但一项新的实验表明，或许有一种方法可以利用量子力学来深入了解黑洞的内部。

 

“在量子物理学中，信息不可能丢失，杏耀下载app”马里兰大学联合量子研究所(JQI)的物理学研究生凯文·兰德斯曼告诉记者。“相反，信息可以被隐藏，或者被打乱”，隐藏在亚原子中，不可避免地连接在一起。

 

兰德斯曼和他的合著者证明，他们可以测量信息在一个简化的黑洞模型中何时以及以多快的速度被打乱，从而为那些原本无法穿透的实体提供一个潜在的窥视机会。这一发现发表在今天(3月6日)的《自然》杂志上，也有助于量子计算机的发展。

 

黑洞是密度无穷大、体积无穷小的物体，由一颗巨大的死星变成超新星后坍缩而成。由于它们巨大的引力，它们吸收周围的物质，这些物质消失在它们的视界后面，视界是任何东西，包括光，都无法逃脱的地方。

 

在20世纪70年代，著名的理论物理学家斯蒂芬·霍金证明了黑洞可以在其一生中不断缩小。根据量子力学定律——在微小尺度上支配亚原子粒子行为的规则——在黑洞的视界外会自发地产生成对的粒子。然后其中一个粒子落入黑洞，而另一个粒子则被推向外，在这个过程中窃取了一点点能量。在极长的时间尺度内，足够的能量被窃取，黑洞将会蒸发，这个过程被称为霍金辐射，就像之前报道的那样。

 

但在黑洞无限稠密的中心隐藏着一个谜题。量子力学认为，关于粒子的信息——它的质量、动量、温度等等——永远不会被摧毁。相对论的规则同时指出，当一个粒子快速掠过黑洞的视界时，它已经加入了黑洞中心无限密集的挤压，这意味着关于它的任何信息都不可能再被检索到。迄今为止， 杏耀平台 ，解决这些不兼容的物理需求的尝试均未成功;研究这个问题的理论家们把这种困境称为黑洞信息悖论。

 

在他们的新实验中，Landsman和他的同事展示了如何利用霍金辐射对中的向外飞行粒子来缓解这个问题。因为它与正在坠落的伙伴纠缠在一起，这意味着它的状态与伙伴的状态不可避免地联系在一起，所以测量其中一个的属性可以提供关于另一个的重要细节。

 

研究小组成员、加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)物理学家诺曼·姚(Norman Yao)在一份声明中表示:“人们可以通过对这些发出的(粒子)进行大规模量子计算，来恢复掉入黑洞的信息。”

 

黑洞内的粒子的所有信息都被量子力学“搅乱”了。也就是说，他们的信息被混乱地混合在一起，以至于不可能被提取出来。但是在这个系统中，一个纠缠的粒子如果被打乱了，就有可能把信息传递给它的伙伴。

 

对于真实世界的黑洞来说，这样做是极其复杂的(此外，在物理实验室中很难找到黑洞)。因此，该小组创建了一台量子计算机，利用纠缠量子比特(qubits)——量子计算中使用的基本信息单位——进行计算。然后，他们利用元素镱的三个相互纠缠的原子核建立了一个简单的模型。

 

使用另一种外部量子位元，物理学家能够分辨出三粒子系统中的粒子何时被打乱，并能够测量它们是如何被打乱的。更重要的是，他们的计算结果表明，这些粒子是相互打乱的，而不是与环境中的其他粒子打乱的，没有参与这项工作的加州大学伯克利分校理论物理学家拉斐尔·布索(Raphael Bousso)告诉我们。

 

“这是一个了不起的成就，”他补充道。“事实证明，要分辨出哪些事情实际上发生在你的量子系统中是一个非常困难的问题。”

 

Bousso说，杏耀app这些结果表明了对黑洞的研究是如何引导实验去探索量子力学中的细微之处的，这将有助于未来量子计算机制的发展。