量子隱形傳態或能穿過黑洞，量子粒子有望揭開黑洞內部

物理學家可能已經找到了觀測黑洞的方法，其關鍵在於把信息從黑洞傳送到量子計算機中。然而，黑洞是出了名的有去無回之地。黑洞的奇點極度扭曲周圍時空，使得任何進入黑洞內部的物體想要逃脫出來需要以超光速運動，而愛因斯坦的相對論禁止這種超光速，所以物體逃不出黑洞的引力束縛。

不過，馬里蘭大學的博士生Kevin Landsman指出，量子物理學認為進入黑洞的信息並沒有丟失。根據量子力學，信息是不可能丟失的，但信息可以打亂或者隱藏於一個多體糾纏態之中。

根據最近刊載於《自然》（Nature）雜誌上的一項新研究，作為第一作者的Landsman研究了量子信息的隱形傳輸和解密。他們發現，通過量子糾纏可以從黑洞中提取信息。

這個概念並不新鮮，早在45年前，斯蒂芬·霍金最早提出，由於量子粒子對隨著量子漲落在真空中突然隨機出現和消失，黑洞可能會受到破壞。如果一對量子糾纏的虛粒子對出現在黑洞邊緣，負能反粒子會掉入黑洞，而正能粒子會帶著黑洞的一部分質量逃離黑洞，這就是霍金輻射。

根據量子力學，粒子的狀態只有在以某種方式測量或與某物相互作用時才能確定，否則它們就是出於不確定的疊加態。對於一對有著量子糾纏的粒子，它們的狀態都是保持確定的。但如果其中一個粒子的狀態被測定，那麼，另外一個粒子無論身在何處，也會發生相應的變化來達到確定的狀態。這對粒子似乎能夠瞬間知道對方的情況，這種現象被稱為量子隱形傳態。兩者之間的聯繫甚至可以提供更多相互作用的信息，超出了最初糾纏粒子對的信息，這就是所謂的超時間順序相干函數。

如果真空中突然出現的虛粒子對中的一個粒子掉進了黑洞，那麼倖存下來的那個粒子與掉進黑洞的粒子之間的量子糾纏效應就會在原本無法穿透的黑洞中產生一種通信。儘管進入黑洞內部的那個粒子會與其他粒子相互作用，從而打亂了信息，但物理學家認為，通過大規模量子計算來分析逃逸的另一個粒子是有可能的。

該研究合著者之一、來自加州大學伯克利分校的Norman Yao表示，這項工作極端困難，但是如果量子力學是可信的，它在原則上應該是可能的。

為了模擬黑洞，研究小組使用了一台量子計算機，其中有7個量子粒子(稱為量子位)，它們以超低溫的鐿離子形式懸浮在電場中。四個量子位成兩對：首先糾纏，然後分離。這就好比把糾纏粒子的其中一個扔進黑洞，而他們的配對粒子卻呆在外面，但彼此相連。第三個量子位被添加到「黑洞」內部的兩個量子位中，作為系統的輸入，這三個量子位可以相互作用，打亂它們的量子信息。兩個外部粒子也被允許與第三個量子位相互作用，第四個粒子被允許與所有三個量子位相互作用。

正如所希望的那樣，研究人員發現，這些信息在模擬黑洞內部的粒子之間共享，然後傳送到外部粒子。然而，信息傳遞並不完美。結果顯示，隱形傳態的保真度約為80%，這意味著缺陷和噪音佔據了大約一半的量子信息，而剩下的信息在量子位之間共享。

該研究團隊認為，這個實驗是成功的第一步。雖然找回丟失的信息是不可能的，但解讀它卻不是不可能，只是非常困難。

悉尼大學的宇宙學家Geraint Lewis表示，儘管量子計算的成就令人矚目，但它們能否被用作進入黑洞的信息門戶還遠未確定。黑洞是一個神秘的地方，現有的引力理論和量子力學還不能很好地結合在一起，這導致很多人猜測信息是如何泄漏出去的。如果糾纏的粒子能攜帶這些信息，如果這些信息能在黑洞風暴中倖存下來，那麼也許勇敢的量子計算機探索者們就能弄清楚到底是什麼掉進了黑洞。

儘管對黑洞進行了探索，但研究小組預計他們的量子傳送和解讀系統將會有更多的實際應用。其中一個可能的應用與量子計算機的基準測試有關，人們或許可以使用這項技術來診斷量子處理器中更複雜的噪音和退相干形式。

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