فیزیکدانان شرایط درون سیاهچاله را شبیه‌سازی کردند

تیمی از فیزیکدانان موسسه کوانتومی دانشگاه مریلند، دانشگاه کالیفرنیا برکلی و موسسه فیزیک ِ نظری پریمتر آزمایشی را برای درهم ریختگی کوانتومی(quantum scrambling) ترتیب دادند. این حالت کوانتومی به درهم ریختگی نابسامان اطلاعاتِ ذخیره شده در میان دسته‌ای از ذرات کوانتومی اشاره دارد. آزمایش این محققان که روی گروهی متشکل از ۷ یون انجام شد، توانست روش جدیدی را برای تفکیک میان درهم آمیختگی و از دست دادن واقعی اطلاعات بدهد.

به گزارش بیگ بنگ، وقتی ماده درون سیاهچاله ناپدید می شود، فرایند درهم ریختگی به وقوع می پیوندد. اطلاعاتِ متصل به آن ماده (هویت تمامی سازنده‌های آن، مثل انرژی و نیروی گشتاور ذرات بنیادی آن)، به طرز نامنظمی با دیگر ماده‌ها و اطلاعات درون سیاهچاله درهم می آمیزد. ظاهرا با این کار، امکان بازیابی اطلاعات وجود ندارد. این عامل به پارادوکس اطلاعات سیاهچاله ختم می شود، زیرا مکانیک کوانتومی بیان می دارد که اطلاعات هیچگاه از بین نمی رود؛ حتی وقتی این اطلاعات به درون سیاهچاله راه یافته باشد.

پس اگرچه برخی از فیزیکدانان نظری مدعی می شوند که اطلاعاتِ راه یافته به درون افق رویداد سیاهچاله برای همیشه از بین می رود و امکان دسترسی به آن وجود ندارد، برخی دیگر بر این باورند که این اطلاعات می تواند بازسازی شوند؛ ولی باید مدت زمان طولانی در انتظار باقی ماند، یعنی تا زمانیکه سیاهچاله به نصف اندازه اصلی‌اش تقلیل پیدا کرده باشد. سیاهچاله‌ها با کاهش حجم و اندازه روبرو می شوند زیرا “تابش هاوکینگ” منتشر می کنند؛ دلیل این تابش، نوسانات مکانیک کوانتومی در لبه سیاهچاله است که به پاس قدردانی از استیون هاوکینگ به این نام شناخته می شود.

متاسفانه، سیاهچاله‌ای با جرم خورشید به ۱۰۶۷ سال زمان برای تبخیر نیاز دارد؛ بسیار طولانی‌تر از سنّ کیهان. با این حال، شاید بتوان این اطلاعاتِ راه یافته به درون سیاهچاله را به طرز قابل توجهی با اندازه‌گیری درهم تنیدگی‌های میان سیاهچاله و تابش هاوکینگی که آزاد می کند، بازیابی کرد. دو بیت اطلاعات (مثل بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌های کامپیوتر کوانتومی) زمانی دچار درهم تنیدگی می شوند که ارتباط ِ بسیار نزدیکی با هم داشته باشند و حالت کوانتومی یکی از آنها به صورت خودکار حالت دیگری را تعیین بکند؛ اهمیتی هم ندارد چه فاصله‌ای با همدیگر داشته باشند. فیزیکدانان برخی مواقع از این فرایند با عنوان «عمل شبح‌وار در فاصله دور» یاد می کنند و اندازه‌گیری کیوبیت‌های درهم‌تنیده می تواند به ترارسانی اطلاعات کوانتومی از یک کیوبیت به کیوبیت دیگر بشود.

«دکتر نورمن یائو» عضو تیم تحقیق و فیزیکدان ِ دانشگاه کالیفرنیا برکلی گفت: «میتوان اطلاعات سقوط کرده به درون سیاهچاله را با انجام محاسبات کوانتومی وسیع در این فوتون‌های هاوکینگی که به بیرون گسیل می شوند، بازیابی کرد. انتظار می رود این کار خیلی سخت و بغرنج باشد، اما اگر مکانیک کوانتومی امکان این اتفاق را میدهد، باید در اصل به این مهم دست پیدا کرد. و این دقیقا همان کاری است که ما اینجا می کنیم، اما فقط سه بیت کوچک را در بر می گیرد. با انداختن یک کیوبیت درهم‌تنیده به درون سیاهچاله و دنبال کردن ِ تابش هاوکینگ خروجی، میتوان به لحاظ نظری حالت کیوبیتِ درون سیاهچاله را تعیین کرد.»

دانشمندان در تحقیقات‌شان اعلام کردند که با “درهم آمیختگی کوانتومی”، اطلاعات یک ذره ترکیب شده یا به درون کل سیستم پراکنده می شود. ظاهرا این اطلاعات گم شده است، اما در واقع در همبستگی میان ذرات مختلف مخفی شده است. صرف نظر از اینکه سیاهچاله‌های واقعی به خوبی درهم آمیختگی دارند یا خیر، مطالعه درهم آمیختگی کوانتومی در آزمایشگاه می تواند بینش دانشمندان را دربارۀ آینده توسعه کامپیوترهای کوانتومی یا شبیه‌سازی‌های کوانتومی در خصوص سیاهچاله بهبود ببخشد. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.