Черные дыры представляют собой «гравитационных монстров», внутри которых происходит сжатие газа и пыли до состояния крохотной точки. Согласно современной физике, информация о частицах навсегда пропадает после их попадания в черную дыру. Однако в соответствии с результатами нового эксперимента квантовая механика может быть использована для того, чтобы «заглянуть» в черную дыру.

«В квантовой физике информация не может быть потеряна навсегда, — сказал Кевин Лэндсмен (Kevin Landsman), студент магистратуры Объединенного квантового института Мэрилендского университета, США. – Вместо этого информация может быть скрыта или «размазана» среди неразрывно связанных друг с другом субатомных частиц».

Лэндсмен и его соавторы показали, что они могут измерить, когда и насколько быстро информация «размазывается» внутри упрощенной модели черной дыры – что позволило «взглянуть» на те сущности, которые прежде были недоступны для понимания.

В 1970-е гг. знаменитый британский физик-теоретик Стивен Хокинг показал, что черные дыры могут со временем уменьшаться в размерах. Согласно законам квантовой механики, перед горизонтом событий черной дыры – или точкой невозврата – непрерывно рождаются пары субатомных частиц. Одна частица из этой пары падает в черную дыру, в то время как другая частица улетает в сторону от черной дыры и уносит с собой небольшую часть энергии. Таким образом, с течением времени происходит уменьшение массы-энергии черной дыры – ее «испарение» — за счет излучения, называемого хокинговским излучением.

В своем новом эксперименте Лэндсмен и его команда показывают, каким образом можно использовать одну из частиц хокинговской пары для получения информации о частицах, находящихся внутри черной дыры. Поскольку эта пара частиц находится в состоянии квантовой запутанности, состояние одной из частиц пары тесно связано с состоянием второй частицы, и измерение свойств одной из частиц может раскрыть важные свойства другой.

В своей работе Лэндсмен и его коллеги использовали для расчетов состояния частиц, находящихся внутри черной дыры — а точнее, ее упрощенной модели — квантовый компьютер. Квантовый компьютер производит расчеты при помощи запутанных квантовых битов, или кубитов – основной единицы информации в квантовых расчетах. Затем исследователи построили простую модель черной дыры, используя три ядра атома иттербия, которые находились в состоянии квантовой запутанности друг с другом.

Используя другой, внешний кубит, физики смогли выяснить, в какой момент информация о свойствах частиц, находящихся внутри этой тройной системы, «размазывается» между ними, а также оценить степень этой «размазанности». Что еще более важно – расчеты показали, что специфическая связь между двумя отдельными частицами оказывалась крепче, чем связи каждой из частиц этой пары со всеми остальными частицами «черной дыры», пояснили авторы.