Kara delikler yerçekimi canavarlarıdır, büyük kozmik çöp kompaktörleri gibi mikroskobik bir noktaya kadar gaz ve tozu sıkarlar. Modern fizik, tüketildikten sonra, bu konu hakkındaki bilgilerin sonsuza kadar evrene kaybolması gerektiğini belirtir. Ancak yeni bir deney, kuantum mekaniğini bir kara deliğin iç kısmına dair bir fikir edinmek için kullanmanın bir yolu olabileceğini düşündürmektedir.
College Park'taki Maryland Üniversitesi'ndeki Joint Quantum Institute'da (JQI) fizik yüksek lisans öğrencisi olan Kevin Landsman, "Kuantum fiziğinde bilgi muhtemelen kaybolamaz." "Bunun yerine, bilgi atom altı, ayrılmaz biçimde bağlanmış parçacıklar arasında gizlenebilir veya karıştırılabilir".
Landsman ve yardımcı yazarları, bilginin basitleştirilmiş bir karadelik modeli içinde ne zaman ve ne kadar çabuk karıştırıldığını ölçebileceklerini, aksi halde geçilemez varlıklara potansiyel bir bakış sağladığını gösterdiler. 6 Mart'ta Nature dergisinde bugün ortaya çıkan bulgular, kuantum bilgisayarların geliştirilmesine de yardımcı olabilir.
Kara delikler, süpernovaya giden dev, ölü bir yıldızın çökmesinden oluşan sonsuz yoğun, sonsuz küçük nesnelerdir. Büyük kütleçekimsel çekimleri nedeniyle, olay ufku olarak bilinen şeyin (ışık da dahil olmak üzere hiçbir şeyin kaçamayacağı nokta) arkasında kaybolan çevreleyen malzemeyi emerler.
1970'lerde, ünlü teorik fizikçi Stephen Hawking kara deliklerin yaşamları boyunca büzüşebileceğini kanıtladı. Kuantum mekaniğinin yasalarına göre - küçük ölçeklerde atomaltı parçacıkların davranışını dikte eden kurallar - parçacık çiftleri, karadeliğin olay ufkunun hemen dışında kendiliğinden ortaya çıkar. Bu parçacıklardan biri daha sonra kara deliğe düşerken diğeri dışa doğru itilir ve bu süreçte küçük bir enerji parçasını çalar. Son derece uzun zaman dilimlerinde, Live Science'ın daha önce bildirdiği gibi, Hawking radyasyonu olarak bilinen bir süreç olan kara deliğin buharlaşmasına yetecek kadar enerji çalınır.
Ama karadeliğin sonsuz yoğun kalbinde saklanan bir muamma var. Kuantum mekaniği, bir parçacık hakkındaki bilgisinin - kütlesi, momentumu, sıcaklığı ve benzeri - asla yok edilemeyeceğini söylüyor. Görelilik kuralları aynı anda, bir karadeliğin olay ufkunu aşan bir parçacığın kara deliğin merkezindeki sonsuz yoğun ezilme ile birleştiğini, yani onun hakkında hiçbir bilginin tekrar alınamayacağını belirtir. Bu uyumsuz fiziksel gereksinimleri çözme girişimleri bugüne kadar başarısız olmuştur; sorun üzerinde çalışan teorisyenler ikilemi kara delik bilgi paradoksu olarak adlandırırlar.
Yeni deneylerinde, Landsman ve meslektaşları, Hawking radyasyon çiftindeki dışa doğru uçan parçacığı kullanarak bu sorundan nasıl kurtulmalarını gösterdiler. Akan ortağı ile karıştığı için, durumu eşinin ayrılmaz bir şekilde ortağıyla bağlantılı olduğu için birinin özelliklerini ölçmek diğeri hakkında önemli ayrıntılar sağlayabilir.
Kaliforniya Üniversitesi'nden bir fizikçi Berkeley ve ekibin üyesi Norman Yao, yaptığı açıklamada, "Kara deliklere bırakılan bilgileri bu gidenler üzerinde büyük bir kuantum hesaplaması yaparak kurtarabiliriz." Dedi.
Karadelik içindeki parçacıklar tüm bilgilerini kuantum-mekanik olarak "karıştırdılar". Yani, bilgileri düzensiz bir şekilde, hiç bir zaman kurtulmayı imkansız kılan bir şekilde karıştırılmıştır. Ancak, bu sisteme karışan dolaşmış bir parçacık, potansiyel olarak ortağına bilgi aktarabilir.
Bunu gerçek dünyadaki bir kara delik için yapmak umutsuzca karmaşıktır (ve ayrıca, fizik laboratuvarlarında kara delikler bulmak zordur). Böylece grup, dolaşmış kuantum bitleri veya kübitler (kuantum hesaplamada kullanılan temel bilgi birimi) kullanarak hesaplamalar yapan bir kuantum bilgisayarı yarattı. Daha sonra, hepsi birbirine dolanmış olan Ytterbium elementinin üç atom çekirdeğini kullanarak basit bir model oluşturdular.
Başka bir dış kübit kullanarak, fizikçiler üç parçacık sistemindeki parçacıkların ne zaman karıştırıldığını söyleyebildiler ve ne kadar karıştırıldıklarını ölçebildiler. Daha da önemlisi, yaptıkları hesaplamalar, parçacıkların özellikle ortamdaki diğer parçacıklarla birbirleriyle karıştırıldığını gösterdi, bu çalışmaya dahil olmayan bir UC Berkeley teorik fizikçisi Raphael Bousso, Live Science'a verdiği demeçte.
"Bu harika bir başarı," diye ekledi. "Bu olayların hangilerinin kuantum sisteminize gerçekten geldiğini ayırt etmenin çok zor bir sorun olduğu ortaya çıkıyor."
Sonuçlar, kara deliklerin çalışmalarının kuantum mekaniğinde küçük incelikleri sorgulayabilecek deneylere nasıl yol açtığını gösteriyor, dedi Bousso, gelecekteki kuantum hesaplama mekanizmalarının geliştirilmesinde yardımcı olabilir.
