Thomas Dalton
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Los agujeros negros son monstruos gravitacionales que exprimen gas y polvo hasta un punto microscópico como grandes compactadores de basura cósmicos. La física moderna dicta que, una vez consumida, la información sobre este tema debería perderse para siempre en el universo. Pero un nuevo experimento sugiere que podría haber una forma de utilizar la mecánica cuántica para obtener una idea del interior de un agujero negro..
"En física cuántica, la información no se puede perder", dijo Kevin Landsman, estudiante de posgrado en física en el Joint Quantum Institute (JQI) de la Universidad de Maryland en College Park. "En cambio, la información se puede ocultar o mezclar" entre partículas subatómicas inextricablemente vinculadas.
Landsman y sus coautores demostraron que podían medir cuándo y qué tan rápido se codificaba la información dentro de un modelo simplificado de un agujero negro, proporcionando un vistazo potencial a las entidades que de otro modo serían impenetrables. Los hallazgos, que aparecen hoy (6 de marzo) en la revista Nature, también podrían ayudar en el desarrollo de computadoras cuánticas. [Las ideas más descabelladas de Stephen Hawking sobre los agujeros negros]
Los agujeros negros son objetos infinitamente densos e infinitamente pequeños formados por el colapso de una estrella muerta gigante que se convirtió en supernova. Debido a su tirón gravitacional masivo, succionan el material circundante, que desaparece detrás de lo que se conoce como su horizonte de eventos, el punto más allá del cual nada, incluida la luz, puede escapar..
En la década de 1970, el famoso físico teórico Stephen Hawking demostró que los agujeros negros pueden encogerse a lo largo de su vida. De acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, las reglas que dictan el comportamiento de las partículas subatómicas a escalas diminutas, los pares de partículas surgen espontáneamente justo fuera del horizonte de eventos de un agujero negro. Una de estas partículas luego cae en el agujero negro mientras que la otra es impulsada hacia afuera, robando una pequeña pizca de energía en el proceso. En escalas de tiempo extremadamente largas, se roba suficiente energía como para que el agujero negro se evapore, un proceso conocido como radiación de Hawking, como se informó anteriormente..
Pero hay un acertijo escondido en el corazón infinitamente denso del agujero negro. La mecánica cuántica dice que la información sobre una partícula (su masa, momento, temperatura, etc.) nunca se puede destruir. Las reglas de la relatividad establecen simultáneamente que una partícula que ha pasado por el horizonte de sucesos de un agujero negro se ha unido al aplastamiento infinitamente denso en el centro del agujero negro, lo que significa que nunca más se podrá recuperar información sobre ella. Los intentos de resolver estos requisitos físicos incompatibles no han tenido éxito hasta la fecha; Los teóricos que han trabajado en el problema llaman al dilema la paradoja de la información del agujero negro..
En su nuevo experimento, Landsman y sus colegas mostraron cómo obtener algo de alivio para este problema utilizando la partícula que vuela hacia afuera en un par de radiación de Hawking. Debido a que está enredado con su socio que cae, lo que significa que su estado está indisolublemente ligado al de su socio, medir las propiedades de uno puede proporcionar detalles importantes sobre el otro..
"Se puede recuperar la información arrojada al agujero negro haciendo un cálculo cuántico masivo en estas [partículas] salientes", dijo Norman Yao, físico de la Universidad de California en Berkeley y miembro del equipo, en un comunicado..
Las partículas dentro de un agujero negro han tenido toda su información de forma mecánica cuántica "codificada". Es decir, su información se ha mezclado caóticamente de una manera que debería hacer imposible su extracción. Pero una partícula enredada que se mezcla en este sistema podría potencialmente pasar información a su socio..
Hacer esto para un agujero negro del mundo real es desesperadamente complicado (y además, los agujeros negros son difíciles de encontrar en los laboratorios de física). Entonces, el grupo creó una computadora cuántica que realizaba cálculos utilizando bits cuánticos entrelazados, o qubits, la unidad básica de información utilizada en la computación cuántica. Luego establecieron un modelo simple usando tres núcleos atómicos del elemento Ytterbium, que estaban todos entrelazados entre sí..
Usando otro qubit externo, los físicos pudieron decir cuándo las partículas en el sistema de tres partículas se mezclaron y pudieron medir qué tan revueltas se volvieron. Más importante aún, sus cálculos mostraron que las partículas se mezclaron específicamente entre sí en lugar de con otras partículas en el medio ambiente, dijo Raphael Bousso, un físico teórico de UC Berkeley que no participó en el trabajo. .
"Es un logro maravilloso", agregó. "Resulta que distinguir cuál de estas cosas está sucediendo realmente en su sistema cuántico es un problema muy difícil".
Los resultados muestran cómo los estudios de los agujeros negros están conduciendo a experimentos que pueden sondear pequeñas sutilezas en la mecánica cuántica, dijo Bousso, que podrían resultar útiles en el desarrollo de futuros mecanismos de computación cuántica..
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Publicado originalmente el .