在我們的宇宙中，黑洞無疑是宇宙霸主，黑洞是一種密度無窮大、體積無窮小的物體，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極其微小的點，而這個點的密度大到你無法想象。
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。但一項新的實驗表明，可能有一種方法可以利用量子力學(xué)來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，但是它不會消失，就像能量守恒一樣，它必然是逃逸到某個地方去了，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縷的聯(lián)系。
為了證實這個結(jié)果，物理學(xué)家蘭德斯曼和他的同事展示了這個研究，他們可以測量信息在一個簡化的黑洞模型中什么時候以及以多快的速度被打亂，從而提供了一個潛在的窺視其他不可穿透實體的機會。這一發(fā)現(xiàn)是量子計算機的發(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，比如成對的粒子在黑洞視界外自發(fā)地出現(xiàn)，其中一個粒子墜入黑洞，而另一個粒子被推到外面，在這個過程中竊取了一點點能量。在一段極長的時間尺度內(nèi)，足夠的能量被竊取，黑洞將蒸發(fā)，這一過程被稱為霍金輻射。
但是在黑洞無限稠密的中心隱藏著一個難題。量子力學(xué)說關(guān)于一個粒子的信息，它的質(zhì)量、動量、溫度等等永遠(yuǎn)不會被破壞。而相對論同時指出，在黑洞視界附近快速移動的粒子與黑洞中心密度無限的物質(zhì)互相擠壓結(jié)合在一起，這意味著再也無法獲得關(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有成功，因此研究這個問題的理論家們把這個困境稱為黑洞信息悖論。
而在這次的新實驗中，蘭德斯曼和他的同事展示了如何利用霍金輻射對黑洞中向外飛行的粒子來緩解這個問題。因為粒子本身與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，因此測量一個伙伴的屬性可以提供關(guān)于另一個伙伴的重要細(xì)節(jié)，這和量子糾纏如出一轍。通過對這些發(fā)出的粒子進(jìn)行大規(guī)模量子計算，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，他們的信息被混亂地混合在一起，并且應(yīng)該永遠(yuǎn)無法擺脫。但是在這個系統(tǒng)中被混淆的糾纏粒子可能會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。
其實在真實的黑洞中這樣做是極其復(fù)雜的，并且環(huán)境也不允許，因為在物理實驗室中很難找到黑洞。因此，該小組創(chuàng)建了一臺量子計算機，使用糾纏量子比特(量子計算中使用的基本信息單位)進(jìn)行計算。然后他們用三個相互糾纏的元素鐿原子核建立了一個簡單的模型。
通過使用另一個外部量子位，物理學(xué)家們能夠分辨出三粒子系統(tǒng)中的粒子在什么時候發(fā)生了置亂，并能夠測量它們的置亂程度。更重要的是，他們的計算結(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，這個發(fā)現(xiàn)史無前例的，科學(xué)家興奮不已：這是一個了不起的成就！而且這個研究的結(jié)果將對黑洞的研究以及未來探索量子力學(xué)的關(guān)鍵將有巨大的幫助！
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