Есть ли способ восстановить информацию, попавшую в черную дыру?

Судьба информации, попавшей в черную дыру, остается тайной. Может ли она когда-нибудь выбраться из черной дыры, или она исчезает навсегда? В настоящее время новые работы показывают, как в теории можно восстановить что-либо, упавшее в черную дыру.

Шон Кэролл из Калифорнийского технологического института в городе Пасадена и его коллеги подошли к рассмотрению этой проблемы, используя методы, взятые из квантовой телепортации, предполагающей перемещение кванта информации из одного места в другое.

Квантовая телепортация основана на запутанных частицах. Если частицы запутаны, измерение состояния одной частицы мгновенно влияет на состояние другой частицы, независимо от того, на каком расстоянии друг от друга они находятся. Часто приводится пример, в котором упоминается пара Алиса и Боб, каждый из которых имеет доступ к одной из пары запутанных частиц. Для того, чтобы начать телепортацию, Боб отправляет Алиса бит информации. Они использует эту единицу информации и свою частицу из пары запутанных частиц для того, чтобы переместить один бит квантовой информации, или кубит, из того места, где находится Боб, туда, где находится Алиса.

“Это прием квантовой телепортации”, — говорит Кэролл. “Мы осознали, что черная дыра делает то же самое естественным способом”.
Так происходит из-за того, что черная дыра производит запутанные частицы, которые создают так называемое излучение Хокинга.

Из энергии вакуума пространства-времени постоянно самопроизвольно образуются частицы и их античастицы. Обычно такие частицы быстро распадаются: они соединяются и аннигилируют. Но рядом с горизонтом событий черной дыры одна частица падает в черную дыру, а другая остается за ее пределами. Эта частица, оставшаяся за пределами черной дыры, и создает излучение Хокинга. Частица, упавшая в черную дыру, и частица, оставшаяся за ее пределами, являются запутанными.
Если бы Алиса находилась вне черной дыры, и у нее был бы доступ к одной из пары частиц, а у Боба, который находился бы внутри черной дыры, был бы доступ ко второй частице то они смогли бы передать классическую информацию от Боба к Алисе.

Drop a qubit
Кэролл и его коллеги показали, что если Алиса возьмет кубит, о спине которого она ничего не знает, и бросит его в черную дыру, это изменит спин черной дыры или момент импульса движения. Это то, что может быть измерено снаружи черной дыры. Легко, правда? Просто измерить ничтожное изменение в спине черной дыры.

Итак, если Алиса измерит спин черной дыры до и после помещения в нее кубита, изменение спина будет аналогично единице традиционной информации, переданной Бобом из черной дыры наружу.

При помощи изменения спина черной дыры и своей половины излучения Хокинга, испускаемого после падения кубита в черную дыру, Алиса может использовать правила квантовой телепортации для того, чтобы установить спин кубита, который она бросила в черную дыру, и таким образом восстановить информацию, находящуюся за пределами горизонта событий черной дыры.

Но существует большая проблема. Этот прием не может быть использован для того, чтобы восстановить более чем один кубит.

Джон Прескилл, также являющийся сотрудником Калифорнийского технологического института, не имеющий отношения к этому исследованию, говорит: “эта работа говорит нам о ценности квантовой информации одного кубита, но едва ли она говорит что-либо об огромном количестве информации, которая падает в черную дыру и становится недоступна снаружи”.

Кэролл согласен с этим, но надеется, что их работа “заставит нас начать думать немного по-другому о том, что могло бы значить извлечение информации из черной дыры”, и таким образом раскрыть тайну того, что происходит с информацией, попавшей в черную дыру.

Источник arxiv.org/abs/1507.03592