Os buracos negros têm esse nome porque sua gravidade é tão forte que até captura a luz. E como a luz não pode deixar o buraco negro, a informação também sai. Curiosamente, os físicos demonstraram prestidigitação teórica e descobriram uma maneira de extrair um grão de informação que caiu em um buraco negro. Seu cálculo toca em um dos maiores mistérios da física: como todas as informações presas em um buraco negro vazam enquanto o buraco negro "evapora". Acredita-se que isso deva acontecer, mas ninguém sabe como.
No entanto, o novo esquema deve enfatizar a complexidade do problema de informação do buraco negro, ao invés de resolvê-lo. “Talvez outros possam ir mais longe nisso, mas não acho que vá ajudar”, diz Don Page, um teórico da Universidade de Alberta em Edmonton, Canadá, que não esteve envolvido no trabalho.
Você pode cortar uma conta de eletricidade, mas não pode destruir informações jogando-as em um buraco negro. Isso ocorre em parte porque enquanto a mecânica quântica lida com probabilidades - como a probabilidade de um elétron estar em um lugar ou outro - as ondas quânticas que fornecem essas probabilidades devem evoluir de uma forma previsível, então se você conhece a forma de onda em um ponto, você pode prevê-la. exatamente a qualquer momento no futuro. Sem essa "unidade", a teoria quântica produziria resultados sem sentido, como probabilidades que não somam 100%.
Digamos que você esteja jogando algumas partículas quânticas em um buraco negro. À primeira vista, as partículas e as informações que elas contêm são perdidas. E isso é um problema, visto que a parte do estado quântico que descreve o sistema combinado de partículas e buracos negros foi destruída, o que torna impossível prever a evolução exata e viola a unitariedade.
Os físicos acham que encontraram uma saída. Em 1974, o teórico britânico Stephen Hawking argumentou que os buracos negros podem emitir partículas e energia. Graças à incerteza quântica, o espaço vazio não é realmente vazio - ele está cheio de partículas emparelhadas que periodicamente passam a existir e desaparecem. Hawking percebeu que se um par de partículas emergindo do vácuo atingisse a borda de um buraco negro, uma voaria para o espaço e a outra cairia no buraco negro. Carregando a energia do buraco negro, a radiação Hawking que escapa faz com que o buraco negro evapore lentamente. Alguns teóricos acham que a informação reaparece, sendo codificada na radiação do buraco negro - porém, este é um momento completamente incompreensível, uma vez que a radiação parece ser completamente aleatória.
E assim Aidan Chatwin-Davis, Adam Jermyn e Sean Carroll do California Institute of Technology em Pasadena encontraram uma boa maneira de obter informações de uma única partícula quântica perdida em um buraco negro usando radiação de Hawking e o estranho conceito de teletransporte quântico.
O teletransporte quântico permite que dois parceiros, Alice e Bob, transfiram o delicado estado quântico de uma partícula, como um elétron, para outra. Na teoria quântica, o spin de um elétron pode ser direcionado para cima, para baixo ou para cima e para baixo ao mesmo tempo. Este estado pode ser descrito por um ponto no globo, onde o pólo norte significa para cima e o pólo sul significa para baixo. Linhas de latitude significam diferentes combinações de para cima e para baixo, e linhas de longitude significam "fase", ou como os topos e fundos se cruzam. Mas se Alice tenta medir esse estado, ele "entra em colapso" em um cenário ou outro, para cima ou para baixo, destruindo as informações da fase. Portanto, ela não pode medir o estado e enviar informações a Bob, mas deve enviá-las intactas.
Para fazer isso, Alice e Bob podem trocar um par adicional de elétrons conectados por uma ligação quântica especial - emaranhamento. O estado de cada partícula no par emaranhado não é definido - ele simultaneamente aponta para qualquer ponto do globo - mas seus estados são correlacionados, então se Alice medir sua partícula do par e descobrir que ela está girando, digamos, para cima, ela saberá instantaneamente que o elétron de Bob gira de cima para baixo. Então, Alice tem dois elétrons - aquele cujo estado ela deseja teletransportar e sua metade do par emaranhado. Bob tem apenas um de um par confuso.
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Para realizar o teletransporte, Alice usa outra propriedade estranha da mecânica quântica: a medição não apenas revela algo sobre o sistema, mas também muda seu estado. Portanto, Alice pega dois de seus elétrons não emaranhados e faz uma medição que "projeta" o estado emaranhado neles. Essa medição quebra o emaranhamento entre o par de elétrons que ela e Bob têm. Mas, ao mesmo tempo, leva ao fato de que o elétron de Bob está no estado em que o elétron de Alice estava, que ela teve que se teletransportar. Por meio da medição correta, Alice transfere informações quânticas de um lado do sistema para o outro.
Chatwin-Davis e seus colegas perceberam que também podiam teletransportar informações sobre o estado de um elétron de um buraco negro. Suponha que Alice esteja flutuando próximo a um buraco negro com seu elétron. Ele captura um fóton do par de radiação Hawking. Como um elétron, um fóton pode girar em ambas as direções e ficará emaranhado com um fóton parceiro que cai em um buraco negro. Alice então mede o momento angular total, ou spin, do buraco negro - seu tamanho e, grosso modo, quão diretamente ele é em relação a um determinado eixo. Tendo essas duas informações em suas mãos, ela lança seu elétron, perdendo-o para sempre.
Mas Alice pode recuperar informações sobre o estado desse elétron, de acordo com cientistas no trabalho Physical Review Letters. Tudo o que ela precisa fazer é medir o spin e a orientação do buraco negro novamente. Essas medições então emaranham o buraco negro e o fóton incidente. Eles também teletransportam o estado do elétron para o fóton capturado por Alice. Assim, a informação do elétron perdido será extraída para o Universo observável.
Chatwin-Davis enfatiza que este projeto não é um projeto para um experimento prático. Por fim, Alice precisará medir instantaneamente a rotação de um buraco negro, que tem a mesma massa do sol. “Nós brincamos que Alice é provavelmente a cientista mais avançada do universo”, diz ele.
Este esquema também tem muitas limitações. Em particular, como observam os autores, ele funciona com uma partícula quântica, mas não com duas ou mais. Isso ocorre porque a receita usa o fato de que o buraco negro retém o momento angular, de modo que seu spin final é igual ao spin inicial mais o spin de um elétron. Isso permite que Alice extraia exatamente dois bits de informação - o spin total e sua projeção ao longo de um eixo - e isso é o suficiente para determinar a latitude e a longitude do estado quântico de uma partícula. Mas isso não é suficiente para recuperar todas as informações capturadas pelo buraco negro.
Para resolver verdadeiramente o problema de informação do buraco negro, os teóricos precisam levar em conta os estados complexos do interior do buraco negro, diz Stefan Leichenhower, um teórico da Universidade da Califórnia, Berkeley. “Infelizmente, as maiores dúvidas sobre os buracos negros são sobre o funcionamento interno”, diz ele. "Portanto, este protocolo, que é certamente interessante por si só, provavelmente nos dirá pouco sobre o problema de informação de um buraco negro."
