インサイダーブリーフ
- 新しい理論的研究では、ブラックホールが完全な効率を備えた近くの量子重層を破壊し、重力環境を量子情報の基本的な限界に結び付けていることを示唆しています。
- 研究者は、ブラックホール内の観察者が得た情報が、その外側の量子オブジェクトのコヒーレンスの喪失と正確に一致し、量子制限の端でブラックホールが動作することを意味することを示しました。
- American Physical SocietyのGlobal Physics Summitで発表された調査結果は、量子重力と基礎物理学に影響を与える情報の流れから時空の幾何学が出現する可能性があることを示唆しています。
新しい理論的研究は、ブラックホールが情報をトラップするだけでなく、比類のない効率で境界近くの脆弱な量子状態を破壊する可能性があることを示唆しています。
シカゴ大学の物理学者のダイン・ダニエルソンがTを提示しました彼は3月のアメリカ物理学会のグローバル物理サミットで働いています。彼のチームは、数学的モデルを通じて、ブラックホールの中に隠れているオブザーバーが理論ではその外側の量子オブジェクトに関する情報を抽出し、そうすることで、デコヒーレンスとして知られる検出可能な効果をトリガーできることを示しました。その効果 – 量子システムの単一の状態への崩壊 – は、量子処理に必要な繊細な重ね合わせを維持するのに苦労している量子コンピューティング研究者によく知られています。
研究者たちは、隠されたオブザーバーが得ることができる情報の量は、外の量子オブジェクトが経験する装飾の程度と正確に一致することを証明しました。言い換えれば、外部のオブザーバーは、ブラックホール内の盗聴者がそれについて何かを学んだ程度まで、システムが完全に重ね合わせから脱落するのを見るでしょう。
宇宙の最も極端な障壁
情報ゲインとデコヒーレンスのこの関係は、量子情報理論でよく知られています。新しいのは、ダニエルソンと彼の協力者がそれを適用した場所です。宇宙で最も極端な障壁の1つであるブラックホールのイベント地平線です。
ダニエルソンは言った 新しい科学者 彼と彼のチームは、ブラックホールで区切られたアリスとボブの2人を含む思考実験を設定したこと。アリスは、Qubitなどの量子オブジェクトを重ねて準備します。検出せずに情報を収集しようとするボブは、ブラックホールの中に隠れています。
「[Bob] 捕まったくありませんが、彼は賢く、ブラックホールの中に隠れることができることに気付きます」とダニエルソンは言いました 新しい科学者。
情報はブラックホールの内側から逃れることができないことを広く受け入れていますが、チームはボブの干渉が測定可能な方法でアリスの量子オブジェクトにまだ影響を与える可能性があるかどうかを尋ねました。彼らの数学によると、答えはイエスです。
量子物理学では、重ね合わせとは、複数の確率的可能な状態に一度にシステムが存在することを意味します。これは量子コンピューティングの基礎であり、キュービットはすべての意図と目的に対して0と1の両方を同時に表すことができます。しかし、これらの状態は脆弱です。環境との軽微な相互作用でさえ、デコヒャーと呼ばれるプロセスである状態を「崩壊」する可能性があります。物理学者は、脱分岐と情報漏れが同じコインの両側であることを長い間知っていました。誰かが量子システムに関する情報を得ると、その重ね合わせが失われます。
ダニエルソンのチームはこの原則を取り、それをブラックホールの周りのスペースに適用しました。彼らは、ブラックホール内からのボブの行動が外部でデコヒェンスを引き起こした場合、アリスが見ているデコヒャーの量は、ボブが理論的に抽出できる情報の最大量と一致しなければならないことを発見しました。そうでなければ、アリスはブラックホールの内部について何かを推測することができ、ブラックホールのイベントの地平線内で起こることが隠されたままでなければならないという原則に違反します。
完璧な効率
これは印象的な意味合いにつながります。ブラックホールは、完全な効率でそれらの近くの量子状態をデコイアする必要があります。
「それは、すべてのブラックホールがその近くでの重ね合わせをデコにしなければならないことを意味します」と研究者は書いています。
ヴァンダービルト大学の物理学者であるアレックス・ルプサスカは、この研究に関与していないと語った 新しい科学者 この作品は、「彼らが行うすべてのことで最高である別の方法で、ブラックホールは強力な重力で量子の重ね合わせを破壊する可能性があり、可能な限り速い方法でそうします」と明らかにしています。
量子コンピューティングと量子基礎の研究者にとって、この作業は、重力環境と情報の流れを支配する法則との間に説得力のあるつながりを導き出します。この研究は、ブラックホールが量子制限の端で動作することを示唆しています – それらがどのように重要であるかだけでなく、それらが量子コヒーレンスを消去する方法において。
空間と時間の性質
また、チームの仕事は、空間と時間そのものの性質に関するより広範な疑問を提起します。彼らの思考実験の延長において、研究者は、ブラックホールを通常の物質で作られた球状のシェルに置き換えることを提案しました。その場合、シェルの構造に応じて、甲状腺腫の動作が変化します。これにより、時空の幾何学は基本ではないかもしれないが、量子システム間で情報がどのように流れるかの結果であるという考えへの扉が開かれます。
「これにより、情報理論的原則から空間と時間自体が現れる方法についての洞察が得られるかもしれないという希望があります」とダニエルソンは語った。 新しい科学者。
その考え方は、ホログラフィ、量子重力、量子誤差補正からのアイデアを反映しています – 空間、時間、重力が量子の絡み合いと情報共有のより基本的な法則から出現すると信じられているフィールド。
「ブラックホールは量子重力に関する主要なオープンな質問でこのような重要な役割を果たしているため、それらの量子効果が普通の体の効果とどのように異なるかを明確に理解することが重要です」とアリゾナ大学の物理学者であるサム・グララは語った。 新しい科学者。彼は、研究者の計算は、量子重力の候補理論をテストするためのベンチマークとして使用できると付け加えました。
この作業は、実験または観察可能な信号を提案していません。ブラックホールは、実用的なテストの範囲にはほど遠いままです。しかし、結果の数学的な一貫性は、物理学者に量子重力の理論モデルをテストするための新しい根拠を提供します。
チームはまた、このブラックホールによって誘発されたデコヒーレンスには、ブラックホールを囲む空間に存在する可能性のある超低エネルギー粒子の存在が必要である可能性が高いと結論付けました。これらの粒子は、よりよく理解すれば、理論モデルを実際の物理学と結び付けるのに役立つかもしれません。
ただし、実験は、それらを量子技術産業に珍しい場所に置く可能性があります。量子テクノロジーでは、デコヒーレンスは通常、最小化するものです。しかし、この文脈では、それは単なる迷惑ではなく、重力と量子力学が同じ言語を話している方法の手がかりです。そして、ブラックホールは、かつて情報を隠すことを恐れていたが、宇宙がそれをどのように処理するかを私たちに示しているかもしれない。
