Upotreba ispletenih kubita za ispitivanje crnih rupa

Nova uzbudljiva studija koja povezuje kozmologiju i kvantno računanje - ukazuje da bi se zapleteni kubiti mogli koristiti za istraživanje unutrašnjosti crnih rupa.

Fizičari su koristili sedmo-kubno kvantno računalo za simulaciju brisanja informacija unutar crne rupe, najavljujući budućnost u kojoj bi se zapleteni kvantni bitovi - kubiti mogli upotrijebiti za ispitivanje misterioznog interijera ovih prostorno-vremenskih objekata.

Škripanje je ono što se događa kad stvar nestane unutar crne rupe. Informacije vezane uz tu materiju - priroda njegovih sastavnih čestica, uključujući njihovu energiju i zamah - kaotično se miješaju sa svim ostalim tvarima i informacijama unutar singularnosti u središtu crne rupe, onemogućujući njihovo dohvaćanje.

Budući da kvantna mehanika kaže da se podaci nikada ne gube, čak i kad ta informacija nestane unutar crne rupe, to vodi do takozvanog paradoksa informacija o crnoj rupi.

Dok neki fizičari tvrde da su informacije koje padaju kroz horizont događaja crne rupe zauvijek izgubljene, drugi tvrde da se te informacije mogu rekonstruirati, ali tek nakon što se čeka nedovoljno dugo vremena - dok se crna rupa nije smanjila na gotovo polovicu izvorne veličine.

Kozmolozi vjeruju da bi to smanjenje moglo biti posljedica emisije Hawkingova zračenja, uzrokovanih kvantnim mehaničkim fluktuacijama na samom rubu crne rupe - nazvanog po pokojnom fizičaru Stephenu Hawkingu.

Dok je Hawking predvidio da će veće crne rupe 'iscuriti' Hawkingovo zračenje znatno sporijom brzinom, crna rupa s masom našeg sunca bi daleko, daleko duže od doba svemira mogla ispariti - dok bi se mikro crne rupe raspršile unutar djelić sekunde.

Međutim, postoji rupa. Te padajuće informacije mogu se pronaći znatno brže izmjeriti suptilnim zapletima između crne rupe i Hawkingovog zračenja koje emitira.

Kubiti i kvantno računanje.

Ovo je shema paradoksa informacija o crnoj rupi. Alice baci qubit u crnu rupu i pita može li Bob rekonstruirati qubit koristeći samo Hawkingova zračenja (Norman Yao, UC Berkeley)

Dva bita informacija - poput kvantnih bita ili kvaita u kvantnom računalu - zapleteni su kada su toliko povezani, da kvantno stanje jednog automatski određuje stanje drugog, bez obzira koliko udaljeni od njih.

Einstein je to poznato nazvao "sablasnim djelovanjem na daljinu", ali preciznije je smatrati ovo svojstvo matematike koja se koristi za opisivanje kvantnih sustava. Mjerenja isprepletenih kbita mogu dovesti do "teleportacije" - ili trenutnog prijenosa - kvantnih informacija s jednog qubita na drugi.

Norman Yao, docent fizike u UC Berkeley, kaže: „Može se oporaviti informacija bačena u crnu rupu vršeći se masovnim kvantnim proračunom na ovim odlazećim Hawkingovim fotonima.

"Očekuje se da će to biti stvarno, stvarno teško, ali ako je vjerovati kvantnoj mehanici, u načelu bi to trebalo biti moguće. Točno to radimo ovdje, ali za sićušnu „crnu rupu“ s tri kbita unutar kvantnog računala sa sedam kubika. “

Puštajući zapleteni qubit u crnu rupu i ispitujući Hawkingovo zračenje u nastajanju, teoretski biste mogli utvrditi stanje qubita unutar crne rupe pružajući prozor u ponor.

Yao - koji je zainteresiran za razumijevanje prirode kvantnog kaosa - i njegovi kolege sa Sveučilišta u Marylandu i Perimetarnog instituta za teorijsku fiziku u Waterlouu u Kanadi, izvijestiće o svojim rezultatima u dokumentu koji će se pojaviti u broju od 6. ožujka časopis Nature.

Kvantna teleportacija

Yao je od prijatelja i kolege saznao, Beni Yoshida - teoretičarka s Instituta za perimetar - da je oporavak kvantnih informacija koje padaju u crnu rupu moguće ako se podaci brzo nađu u crnoj rupi. Što se temeljitije miješa kroz crnu rupu, pouzdanije se informacije mogu dobiti teleportacijom. Na temelju tog uvida, Yoshida i Yao su prošle godine predložili eksperiment kako bi se pokazalo nesmetano kvantno računalo.

Yao kaže: "Ako prema našem protokolu izmjerite dovoljno visoku vjernost teleportacije, tada možete garantirati da se dekodiranje dogodilo u kvantnom krugu."

Yao je osmislio pomoć Chrisa Monroea, fizičara na Sveučilištu Maryland u College Parku, koji je na čelu jedne od vodećih svjetskih grupa kvantnih informacija u klopci. Grupa je implementirala protokol koji su predložili Yoshida i Yao i učinkovito izmjerili korelansku funkciju koja je bila izvan vremena.

Ove osebujne korelacijske funkcije - nazvane OTOC - stvorene su usporedbom dvaju kvantnih stanja koja se razlikuju u vremenu primjene određenih udaraca ili smetnji. Ključ je u mogućnosti razvijanja kvantnog stanja i naprijed i natrag u vremenu kako bi se razumio učinak drugog udarca na prvi udarac.

Monroejeva skupina stvorila je kvantni kvantni krug na tri kubita unutar sedam-kubnog kvantnog računala zarobljenih iona i okarakterizirala propadanje OTOC-a. Iako se raspad OTOC-a obično uzima kao snažan pokazatelj da je došlo do pomicanja, kako bi se dokazalo da su morali pokazati da OTOC nije jednostavno propadao zbog dekoherencije - odnosno da nije bio samo loše zaštićen od buka vanjskog svijeta, koja također uzrokuje raspad kvantnih stanja.

Yao i Yoshida dokazali su da što je veća točnost s kojom mogu dohvatiti zapletene ili teleportirane podatke, to će strože moći staviti nižu granicu za količinu brisanja koja se dogodila u OTOC-u.

Monroe i njegovi kolege izmjerili su vjernost teleportacije od oko 80% - što znači da je možda polovina kvantnog stanja bila usitnjena, a druga polovica propadala dekoherencijom. Unatoč tome, to je bilo dovoljno da se pokaže da se u ovom trokutnom kvantnom krugu zbilja događalo istinsko pomicanje.

Yao objašnjava značaj ovoga: "Jedna od mogućih primjena našeg protokola odnosi se na usporedbu s kvantnim računalima, gdje bi se moglo koristiti ovom tehnikom za dijagnosticiranje složenijih oblika buke i dekoncentracije u kvantnim procesorima."

Yao također surađuje s grupom UC Berkeley na čelu s Irfanom Siddiqijem kako bi demonstrirao razigravanje u različitom kvantnom sustavu, superprovodljivi kutriti - kvantni bitovi koji imaju tri, a ne dvije države.

Siddiqi, profesor fizike u UC Berkeley, također vodi napore u Nacionalnom laboratoriju Lawrencea Berkeleyja da izgradi napredni testni test s kvantnim računanjem, kaže: "U osnovi je ovo eksperiment s qubitom ili qutritom, ali činjenica je da to možemo povezati s kozmologija je zato što vjerujemo da je dinamika kvantnih informacija ista.

„SAD pokreće kvantnu inicijativu u iznosu od milijardu dolara, a razumijevanje dinamike kvantnih informacija povezuje mnoga područja istraživanja unutar ove inicijative: kvantna kola i računarstvo, fiziku visokih energija, dinamiku crnih rupa, fiziku kondenziranih tvari i atomsku, molekularnu i optičku fizika. Jezik kvantnih informacija postao je prožet za naše razumijevanje svih ovih različitih sustava. "

Izvorno objavljeno u Scisco media