Lubang hitam adalah monster gravitasi, memeras gas dan debu ke titik mikroskopis seperti pemadat sampah kosmik yang hebat. Fisika modern menentukan bahwa, setelah dikonsumsi, informasi tentang masalah ini harus selamanya hilang ke alam semesta. Tetapi percobaan baru menunjukkan bahwa mungkin ada cara untuk menggunakan mekanika kuantum untuk mendapatkan beberapa wawasan ke dalam lubang hitam.
"Dalam fisika kuantum, informasi tidak mungkin hilang," Kevin Landsman, seorang mahasiswa pascasarjana fisika di Joint Quantum Institute (JQI) di University of Maryland di College Park, mengatakan kepada Live Science. "Sebaliknya, informasi dapat disembunyikan, atau diacak" di antara partikel-partikel subatomik, yang saling terkait.
Landsman dan rekan penulisnya menunjukkan bahwa mereka dapat mengukur kapan dan seberapa cepat informasi diacak di dalam model lubang hitam yang disederhanakan, memberikan potensi mengintip ke dalam entitas yang tidak bisa ditembus. Temuan, yang muncul hari ini (6 Maret) dalam jurnal Nature, juga dapat membantu dalam pengembangan komputer kuantum.
Lubang hitam padat padat, benda kecil tak terhingga terbentuk dari runtuhnya bintang mati raksasa yang menjadi supernova. Karena tarikan gravitasi besar-besaran mereka, mereka menyedot materi di sekitarnya, yang menghilang di belakang apa yang dikenal sebagai cakrawala peristiwa mereka - titik masa lalu yang tidak bisa dilewati oleh apapun, termasuk cahaya.
Pada 1970-an, fisikawan teoretis terkenal Stephen Hawking membuktikan bahwa lubang hitam dapat menyusut sepanjang hidup mereka. Menurut hukum mekanika kuantum - aturan yang menentukan perilaku partikel subatom pada skala kecil - pasangan partikel muncul secara spontan di luar cakrawala peristiwa lubang hitam. Salah satu partikel ini kemudian jatuh ke dalam lubang hitam sementara yang lain didorong keluar, mencuri sedikit energi dalam proses. Selama rentang waktu yang sangat lama, energi yang cukup dicabut sehingga black hole akan menguap, sebuah proses yang dikenal sebagai radiasi Hawking, seperti yang dilaporkan Live Science sebelumnya.
Tapi ada teka-teki yang bersembunyi di hati lubang hitam yang tak berujung padat. Mekanika kuantum mengatakan bahwa informasi tentang partikel - massa, momentum, suhu, dan sebagainya - tidak akan pernah bisa dihancurkan. Aturan relativitas secara bersamaan menyatakan bahwa sebuah partikel yang telah diperbesar melewati cakrawala peristiwa lubang hitam telah bergabung dengan naksir padat yang tak terhingga di pusat lubang hitam, yang berarti bahwa tidak ada informasi tentang hal itu yang dapat diambil kembali. Upaya untuk menyelesaikan persyaratan fisik yang tidak kompatibel ini tidak berhasil hingga saat ini; ahli teori yang telah mengerjakan masalah menyebut dilema paradoks informasi lubang hitam.
Dalam percobaan baru mereka, Landsman dan rekan-rekannya menunjukkan bagaimana mendapatkan bantuan untuk masalah ini menggunakan partikel terbang-keluar pada pasangan radiasi Hawking. Karena terjerat dengan pasangannya yang salah, berarti keadaannya terkait dengan milik mitranya, mengukur sifat-sifat satu dapat memberikan perincian penting tentang yang lain.
"Seseorang dapat memulihkan informasi yang jatuh ke dalam lubang hitam dengan melakukan perhitungan kuantum besar-besaran pada yang keluar ini," Norman Yao, seorang ahli fisika di University of California, Berkeley, dan anggota tim, mengatakan dalam sebuah pernyataan.
Partikel-partikel di dalam lubang hitam telah memiliki semua informasi mereka kuantum-mekanis "diacak." Artinya, informasi mereka telah dicampuradukkan secara kacau-balau dengan cara yang seharusnya tidak memungkinkan untuk dilepaskan. Tetapi partikel terjerat yang tercampur dalam sistem ini berpotensi memberikan informasi kepada mitranya.
Melakukan ini untuk black hole dunia nyata sangat rumit (dan selain itu, black hole sulit didapat di laboratorium fisika). Jadi kelompok itu menciptakan komputer kuantum yang melakukan perhitungan menggunakan bit kuantum terjerat, atau qubit - unit dasar informasi yang digunakan dalam komputasi kuantum. Mereka kemudian membuat model sederhana menggunakan tiga inti atom dari unsur Ytterbium, yang semuanya terjerat satu sama lain.
Dengan menggunakan qubit eksternal lain, fisikawan dapat mengetahui kapan partikel dalam sistem tiga partikel menjadi teracak dan dapat mengukur seberapa acak mereka. Lebih penting lagi, perhitungan mereka menunjukkan bahwa partikel-partikel itu secara khusus saling berebut bukan dengan partikel lain di lingkungan, Raphael Bousso, seorang ahli fisika teoretis UC Berkeley yang tidak terlibat dalam pekerjaan itu, mengatakan kepada Live Science.
"Ini prestasi luar biasa," tambahnya. "Ternyata membedakan mana dari hal-hal ini yang benar-benar terjadi pada sistem kuantum Anda adalah masalah yang sangat sulit."
Hasil menunjukkan bagaimana studi lubang hitam mengarah pada percobaan yang dapat menyelidiki seluk-beluk kecil dalam mekanika kuantum, kata Bousso, yang dapat menjadi bermanfaat dalam pengembangan mekanisme komputasi kuantum masa depan.
