@ 2016.01.02 , 16:01

黑洞最大谜团获解:如何从中恢复信息

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美国物理学家认为,他们已经解决了黑洞的最大谜团之一:如何从中恢复信息。

黑洞内部的引力如此之大,以至于连光都无法逃脱;且根据理论,内部的量子粒子的任何数据同样无法逃脱。这令科学家相当头疼,因为这样一来他们便无法预测黑洞的确切演化过程,以及内部究竟发生了什么。此外,量子物理理论表示,没有任何宇宙信息可以彻底消失,那么究竟是怎么回事呢?

加州理工学院的研究人员认为,通过采用一种类似于"量子隐形传态"的策略,我们可以恢复一个量子比特的信息——尽管信息不多,但好歹是个开始。只要我们提前对黑洞进行足够的测量和观察,便应该能够辨认出这个量子比特的状态。他们的论文是基于霍金的黑洞辐射理论,该理论认为黑洞会逐渐蒸发、减小体积。尽管人们最早认为这种辐射仅由热量构成,但科学家现在认为它也包含了黑洞内部的信息。如今,这一新假说认为,我们能够通过事件视界(黑洞边界)另一端的相连粒子,来测量每一个落入黑洞的粒子。

Adrian Cho解释道,想象一个涉及两个粒子的量子隐形传态场景,它们分别是小明和小红。电子的量子态有向上自旋、向下自旋、或两个方向同时进行。小红希望将自己的电子状态转移给小明,但这无法在没有外力的帮助下实现;因为一旦粒子的状态被测量,它就会坍塌、无法被转移。此时,“量子纠缠”便大显身手。小明和小红有一对额外的电子“纠缠”对,它们被锁在了一起(一个必须向上自旋、一个必须向下自旋)。通过将两个非纠缠电子投射在共享的纠缠对上,小明的电子状态便发生了改变,并反映出了小红的电子初始状态。

这些复杂量子物理的最终结果是,通过以特定方式研究一个特定粒子,我们便应该能得到另一个与之相联系的粒子的状态信息。通过捕捉和观察一对粒子纠缠对(一个在里、一个在外),小红便能看到里面粒子的状态转移给了外面。

目前为止,这还只是一个有批评声的假说,但它提供了一个出发点,或许能够帮助研究人员更好地理解黑洞的机制。

或许信息被保存在了霍金辐射残留物的状态里,尽管我们很难将其与热状态区分开来。在适度的特殊环境下,你可以将一个量子比特扔到黑洞里,然后重新得到它的状态及其携带的信息。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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