黑洞是引力怪兽，杏耀官方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，有关这种物质的信息在被消耗之后，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，”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Live Science。“相反，信息可以被隐藏或打乱”在亚原子之间，不可避免地联系在一起的粒子。

 

Landsman和他的合作者证明，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了一个潜在的视角。今天(3月6日)发表在《自然》杂志上的这项发现，也可能有助于量子计算机的发展。

 

黑洞是一种密度无限大、体积无限小的物体，杏耀它是由一颗巨大的死恒星坍缩形成的。由于它们巨大的引力， 杏耀平台 ，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——在微小尺度上决定亚原子粒子行为的规则——在黑洞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小部分能量。在极长的时间尺度内，足够的能量被窃取，黑洞将会蒸发，这一过程被称为霍金辐射，正如Live Science之前报道的那样。

 

但在黑洞无限致密的心脏里隐藏着一个谜题。量子力学说，关于一个粒子的信息——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，一个经过黑洞视界的粒子已经加入了黑洞中心无限密集的挤压，这意味着再也无法获得有关它的任何信息。迄今为止，试图解决这些不相容的物理要求的努力均未成功;研究这个问题的理论家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。因为它与它的同伴纠缠在一起，这意味着它的状态与同伴的状态是密不可分的，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“打乱”了。也就是说，他们的信息被混乱地混合在一起，不可能被提取出来。但是一个纠缠的粒子在这个系统中变得混乱，可能会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，它使用纠缠量子比特(量子计算中使用的基本信息单位)进行计算。然后他们用三个相互纠缠的镱元素原子核建立了一个简单的模型。

 

利用另一个外部量子位元，物理学家们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。加州大学伯克利分校的理论物理学家拉斐尔·布索(Raphael Bousso)告诉《生活科学》(Live Science)，更重要的是，他们的计算表明，这些粒子是特定地相互打乱的，而不是与环境中的其他粒子打乱的。布索没有参与这项工作。

 

“这是一个了不起的成就，”他补充道。“事实证明，区分这些事情中哪些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，研究结果表明，对黑洞的研究如何导致了能够探测量子力学中细微差别的实验，这将有助于未来量子计算机制的发展。