在我們的宇宙中，黑洞無(wú)疑是宇宙霸主，黑洞是一種密度無(wú)窮大、體積無(wú)窮小的物體，它們是由一顆巨大的死恒星坍縮形成的。它就像巨大的宇宙垃圾壓縮器一樣，憑著它們巨大的引力，瘋狂吸收周圍的物質(zhì)，這些物質(zhì)被無(wú)情地吞噬在所謂的視界后面——也就是包括光在內(nèi)的任何物質(zhì)都無(wú)法逃逸的地方，隨后它將這些物質(zhì)比如氣體和塵埃壓縮到一個(gè)極其微小的點(diǎn)，而這個(gè)點(diǎn)的密度大到你無(wú)法想象。
據(jù)目前的現(xiàn)代物理學(xué)，物質(zhì)在被吞噬后，有關(guān)這種物質(zhì)的信息應(yīng)該永遠(yuǎn)消失在宇宙中。但一項(xiàng)新的實(shí)驗(yàn)表明，可能有一種方法可以利用量子力學(xué)來(lái)洞悉甚至獲得一些關(guān)于黑洞內(nèi)部的信息！該結(jié)果一經(jīng)發(fā)布立即在科學(xué)界掀起了波瀾！
我們知道，在量子物理中，信息是不可能丟失的，相反，信息可以在亞原子之間隱藏或打亂，但是它不會(huì)消失，就像能量守恒一樣，它必然是逃逸到某個(gè)地方去了，而不是憑空消失，或者跑到別的平行宇宙，因此科學(xué)家斷定這些亞原子之間必然有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。
為了證實(shí)這個(gè)結(jié)果，物理學(xué)家蘭德斯曼和他的同事展示了這個(gè)研究，他們可以測(cè)量信息在一個(gè)簡(jiǎn)化的黑洞模型中什么時(shí)候以及以多快的速度被打亂，從而提供了一個(gè)潛在的窺視其他不可穿透實(shí)體的機(jī)會(huì)。這一發(fā)現(xiàn)是量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展史上的一大進(jìn)步。
早在20世紀(jì)70年代，著名理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金證明了黑洞在其一生中可以縮小。根據(jù)量子力學(xué)定律，在微小尺度上可以決定亞原子粒子行為的規(guī)則，比如成對(duì)的粒子在黑洞視界外自發(fā)地出現(xiàn)，其中一個(gè)粒子墜入黑洞，而另一個(gè)粒子被推到外面，在這個(gè)過(guò)程中竊取了一點(diǎn)點(diǎn)能量。在一段極長(zhǎng)的時(shí)間尺度內(nèi)，足夠的能量被竊取，黑洞將蒸發(fā)，這一過(guò)程被稱為霍金輻射。
但是在黑洞無(wú)限稠密的中心隱藏著一個(gè)難題。量子力學(xué)說(shuō)關(guān)于一個(gè)粒子的信息，它的質(zhì)量、動(dòng)量、溫度等等永遠(yuǎn)不會(huì)被破壞。而相對(duì)論同時(shí)指出，在黑洞視界附近快速移動(dòng)的粒子與黑洞中心密度無(wú)限的物質(zhì)互相擠壓結(jié)合在一起，這意味著再也無(wú)法獲得關(guān)于它的任何信息。迄今為止，解決這些不相容的物理需求的嘗試都沒(méi)有成功，因此研究這個(gè)問(wèn)題的理論家們把這個(gè)困境稱為黑洞信息悖論。
而在這次的新實(shí)驗(yàn)中，蘭德斯曼和他的同事展示了如何利用霍金輻射對(duì)黑洞中向外飛行的粒子來(lái)緩解這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)榱Ｗ颖旧砼c粒子正在逃離的伙伴糾纏在一起，這意味著它的狀態(tài)與它的伙伴的狀態(tài)是不可分割地聯(lián)系在一起的，因此測(cè)量一個(gè)伙伴的屬性可以提供關(guān)于另一個(gè)伙伴的重要細(xì)節(jié)，這和量子糾纏如出一轍。通過(guò)對(duì)這些發(fā)出的粒子進(jìn)行大規(guī)模量子計(jì)算，人們可以恢復(fù)掉入黑洞的信息。
雖然黑洞內(nèi)的粒子的所有信息都被量子力學(xué)“打亂”了。也就是說(shuō)，他們的信息被混亂地混合在一起，并且應(yīng)該永遠(yuǎn)無(wú)法擺脫。但是在這個(gè)系統(tǒng)中被混淆的糾纏粒子可能會(huì)將信息傳遞給它的伙伴，這就讓我們有卡呢能獲取到已經(jīng)被黑洞吞噬的物質(zhì)信息。
其實(shí)在真實(shí)的黑洞中這樣做是極其復(fù)雜的，并且環(huán)境也不允許，因?yàn)樵谖锢韺?shí)驗(yàn)室中很難找到黑洞。因此，該小組創(chuàng)建了一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，使用糾纏量子比特(量子計(jì)算中使用的基本信息單位)進(jìn)行計(jì)算。然后他們用三個(gè)相互糾纏的元素鐿原子核建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型。
通過(guò)使用另一個(gè)外部量子位，物理學(xué)家們能夠分辨出三粒子系統(tǒng)中的粒子在什么時(shí)候發(fā)生了置亂，并能夠測(cè)量它們的置亂程度。更重要的是，他們的計(jì)算結(jié)果顯示，這些粒子之間是相互打亂的，而不是與環(huán)境中的其他粒子打亂的，這個(gè)發(fā)現(xiàn)史無(wú)前例的，科學(xué)家興奮不已：這是一個(gè)了不起的成就！而且這個(gè)研究的結(jié)果將對(duì)黑洞的研究以及未來(lái)探索量子力學(xué)的關(guān)鍵將有巨大的幫助！
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