Lubang hitam mendapatkan namanya karena gravitasinya begitu kuat sehingga bahkan bisa menjebak cahaya. Dan karena cahaya tidak dapat meninggalkan lubang hitam, maka informasinya juga akan keluar. Anehnya, fisikawan telah menunjukkan sulap teoritis dan menemukan cara untuk mengekstrak setitik informasi yang jatuh ke dalam lubang hitam. Perhitungan mereka menyentuh salah satu misteri terbesar dalam fisika: bagaimana semua informasi yang terperangkap dalam lubang hitam bocor saat lubang hitam "menguap". Diyakini bahwa ini harus terjadi, tetapi tidak ada yang tahu bagaimana caranya.
Namun, skema baru seharusnya lebih menekankan kompleksitas masalah informasi lubang hitam, daripada menyelesaikannya. “Mungkin orang lain akan dapat melangkah lebih jauh dalam hal ini, tetapi saya tidak berpikir itu akan membantu,” kata Don Page, ahli teori di University of Alberta di Edmonton, Kanada yang tidak terlibat dalam penelitian ini.
Anda dapat memotong tagihan listrik, tetapi Anda tidak dapat menghancurkan informasi dengan melemparkannya ke lubang hitam. Ini sebagian karena sementara mekanika kuantum berurusan dengan probabilitas - seperti probabilitas keberadaan elektron di satu tempat atau tempat lain - gelombang kuantum yang memberikan probabilitas ini harus berevolusi dengan cara yang dapat diprediksi, jadi jika Anda mengetahui bentuk gelombang pada satu titik, Anda dapat memprediksinya. tepat kapan saja di masa mendatang. Tanpa "kesatuan" ini, teori kuantum akan menghasilkan hasil yang tidak berarti seperti probabilitas yang tidak berjumlah 100%.
Misalkan Anda melemparkan beberapa partikel kuantum ke dalam lubang hitam. Sekilas, partikel dan informasi yang dikandungnya hilang. Dan ini menjadi masalah, karena bagian dari keadaan kuantum yang menggambarkan sistem gabungan partikel dan lubang hitam telah dihancurkan, yang membuatnya mustahil untuk memprediksi evolusi yang tepat dan melanggar kesatuan.
Fisikawan mengira mereka telah menemukan jalan keluar. Pada tahun 1974, ahli teori Inggris Stephen Hawking berpendapat bahwa lubang hitam dapat memancarkan partikel dan energi. Berkat ketidakpastian kuantum, ruang kosong tidak benar-benar kosong - ia penuh dengan partikel berpasangan yang secara berkala muncul dan menghilang. Hawking menyadari bahwa jika sepasang partikel yang muncul dari ruang hampa menghantam tepi lubang hitam, yang satu akan terbang ke luar angkasa dan yang lainnya jatuh ke dalam lubang hitam. Membawa energi lubang hitam, radiasi Hawking yang keluar menyebabkan lubang hitam menguap perlahan. Beberapa ahli teori berpikir bahwa informasi muncul lagi, dikodekan dalam radiasi dari lubang hitam - namun, ini adalah momen yang sama sekali tidak dapat dipahami, karena radiasi tampaknya sepenuhnya acak.
Maka Aidan Chatwin-Davis, Adam Jermyn dan Sean Carroll dari California Institute of Technology di Pasadena telah menemukan cara yang baik untuk mendapatkan informasi dari satu partikel kuantum yang hilang dalam lubang hitam menggunakan radiasi Hawking dan konsep aneh teleportasi kuantum.
Teleportasi kuantum memungkinkan dua mitra, Alice dan Bob, untuk mentransfer status kuantum halus dari satu partikel, seperti elektron, ke partikel lainnya. Dalam teori kuantum, spin elektron dapat diarahkan ke atas, ke bawah, atau ke atas dan ke bawah pada saat yang bersamaan. Keadaan ini dapat digambarkan dengan sebuah titik pada globe, di mana kutub utara berarti naik dan kutub selatan berarti turun. Garis lintang berarti campuran atas dan bawah yang berbeda, dan garis bujur berarti "fase", atau bagaimana puncak dan dasar berpotongan. Tetapi jika Alice mencoba untuk mengukur keadaan ini, itu "runtuh" dalam satu skenario atau lainnya, naik atau turun, menghancurkan informasi fase. Oleh karena itu, dia tidak dapat mengukur keadaan dan mengirim informasi kepada Bob, tetapi harus mengirimkannya tanpa tersentuh.
Untuk melakukan ini, Alice dan Bob dapat menukar pasangan elektron tambahan yang dihubungkan oleh ikatan kuantum khusus - belitan. Keadaan setiap partikel dalam pasangan terjerat tidak ditentukan - secara bersamaan menunjuk ke titik mana pun di dunia - tetapi status mereka berkorelasi, jadi jika Alice mengukur partikelnya dari pasangan dan menemukan bahwa itu berputar, katakanlah, ke atas, dia langsung tahu bahwa elektron Bob berubah dari atas ke bawah. Jadi, Alice memiliki dua elektron - satu, keadaan yang ingin dia teleportasi, dan setengah dari pasangan terjeratnya. Bob hanya memiliki satu pasangan yang membingungkan.
Video promosi:
Untuk melakukan teleportasi, Alice menggunakan properti aneh mekanika kuantum lainnya: bahwa pengukuran tidak hanya mengungkapkan sesuatu tentang sistem, tetapi juga mengubah statusnya. Oleh karena itu, Alice mengambil dua elektron yang tidak terjerat dan membuat pengukuran yang "memproyeksikan" keadaan terjerat pada mereka. Pengukuran ini memutuskan belitan antara pasangan elektron yang dia dan Bob miliki. Tetapi pada saat yang sama, itu mengarah pada fakta bahwa elektron Bob berada dalam keadaan di mana elektron Alice berada, yang harus dia teleportasi. Melalui pengukuran yang benar, Alice mentransfer informasi kuantum dari satu sisi sistem ke sisi lainnya.
Chatwin-Davis dan rekan-rekannya menyadari bahwa mereka juga dapat memindahkan informasi tentang keadaan elektron dari lubang hitam. Misalkan Alice mengambang di samping lubang hitam dengan elektronnya. Ini menangkap satu foton dari pasangan radiasi Hawking. Seperti elektron, foton dapat berputar ke dua arah dan akan terjerat dengan pasangan foton yang jatuh ke dalam lubang hitam. Alice kemudian mengukur momentum sudut total, atau putaran, dari lubang hitam - ukurannya dan, secara kasar, seberapa merata itu dalam hubungannya dengan sumbu tertentu. Memiliki dua bit informasi ini di tangannya, dia membuang elektronnya, kehilangannya selamanya.
Tetapi Alice dapat memulihkan informasi tentang keadaan elektron ini, menurut para ilmuwan dalam karya Physical Review Letters. Yang harus dia lakukan hanyalah mengukur putaran dan orientasi lubang hitam lagi. Pengukuran ini kemudian melibatkan lubang hitam dan foton insiden. Mereka juga memindahkan status elektron ke foton yang ditangkap oleh Alice. Dengan demikian, informasi elektron yang hilang akan diekstraksi ke alam semesta teramati.
Chatwin-Davis menekankan bahwa desain ini bukanlah cetak biru untuk eksperimen praktis. Pada akhirnya, Alice perlu mengukur putaran lubang hitam dengan cepat, yang memiliki massa yang sama dengan matahari. “Kami bercanda bahwa Alice mungkin adalah ilmuwan paling maju di alam semesta,” katanya.
Skema ini juga memiliki banyak keterbatasan. Secara khusus, seperti yang dicatat oleh penulis, ia bekerja dengan satu partikel kuantum, tetapi tidak dengan dua atau lebih. Ini karena resep menggunakan fakta bahwa lubang hitam mempertahankan momentum sudut, sehingga putaran akhirnya sama dengan putaran awalnya ditambah putaran elektron. Hal ini memungkinkan Alice untuk mengekstrak tepat dua bit informasi - putaran total dan proyeksinya sepanjang satu sumbu - dan ini cukup untuk menentukan lintang dan bujur status kuantum dari satu partikel. Tetapi ini tidak cukup untuk memulihkan semua informasi yang ditangkap oleh lubang hitam.
Untuk benar-benar memecahkan masalah informasi lubang hitam, para ahli teori perlu memperhitungkan keadaan kompleks interior lubang hitam, kata Stefan Leichenhower, ahli teori di UC Berkeley. “Sayangnya, pertanyaan terbesar tentang lubang hitam adalah tentang cara kerja bagian dalamnya,” katanya. "Jadi protokol ini, yang tentunya menarik, mungkin akan memberi tahu kita sedikit tentang masalah informasi lubang hitam."
