Cómo teletransportar información desde un agujero negro

La impresión de este artista ilustra cómo se verían los chorros de alta velocidad de un agujero negro supermasivo.

Crédito: ESA / Hubble, L. Calçada (ESO)

La teletransportación cuántica de partículas subatómicas podría usarse para recuperar información de un agujero negro, sugiere un nuevo algoritmo.

La información que se puede extraer de este agujero negro hipotético es información cuántica, lo que significa que en lugar de existir en un estado 0 o 1, como un bit clásico, los datos recopilados existirían como una superposición de todos los estados potenciales.

"Hemos demostrado concretamente que es posible, en principio, recuperar cierta información cuántica de un agujero negro", dijo el coautor del estudio Adam Jermyn, candidato doctoral en la Universidad de Cambridge en Inglaterra.

Pero no vayas a lanzar tu computadora al agujero negro más cercano por el momento. La cantidad de información que se puede recuperar es pequeña, solo un bit cuántico o qubit. Además, obtener ese bit probablemente significaría sacrificar la posibilidad de recuperar otra información cuántica del agujero negro, informaron los investigadores en octubre de 2015 en el diario de preimpresión arXiv .

Vacío gravitacional

La mayoría de las personas piensa que nada puede escapar de los agujeros negros : objetos celestes compactos y enormemente densos, como estrellas colapsadas cuyo gigantesco campo gravitatorio impide que la luz y la materia escapen. Pero resulta que no es del todo cierto: se puede recuperar cierta información de las garras de un agujero negro.

Aunque una persona o incluso un átomo no pueden escapar de un agujero negro , los físicos creen que el universo no destruye la información, lo que significa que, en principio, la información absorbida en un agujero negro podría ser escupida. (Este requisito se deriva del hecho de que la mayoría de los físicos creen que las leyes de la física deberían aplicarse tanto hacia atrás como hacia adelante en el tiempo).

En la década de 1970, el físico Stephen Hawking predijo cómo esto podría funcionar. Debido a que las partículas cuánticas actúan como ondas, su posición se describe como un rango de probabilidad de todas las ubicaciones, incluidas las posiciones dentro y fuera del agujero negro. Por lo tanto, sigue siendo posible, aunque improbable, que algunas partículas subatómicas usen túneles cuánticos para escapar de un agujero negro.

En este caso de túnel cuántico, la radiación cuántica se escapa de los bordes de un agujero negro en un proceso denominado "radiación de Hawking". Se cree que esa radiación es increíblemente tenue, tan débil, de hecho, que nunca se ha detectado, aunque la mayoría de los científicos confían en que es real. [ Video: agujeros negros que deforman el espacio-tiempo ]

Información clásica vs. cuántica

Los científicos saben desde hace tiempo que la información clásica se puede obtener a partir de un agujero negro. Por ejemplo, si alguien arrojara una partícula en un agujero negro, las mediciones de antes y después de la masa del agujero negro podrían usarse para calcular la masa de la partícula perdida, considerada "información clásica", dijo Jermyn.

Pero las cosas se vuelven más complicadas cuando la información es un qubit debido a la forma extraña en que funciona la mecánica cuántica. Existe un qubit en múltiples estados entrelazados a la vez, pero el mismo acto de medir el estado de la partícula pequeña obliga al qubit a "elegir" un estado, que luego eliminaría la otra información que llevaba.

Jermyn y sus colegas trataron de deducir una sola pieza de información cuántica: el giro, o la dirección del momento angular, de una partícula arrojada a un agujero negro. (Clásicamente, un agujero negro puede tener un momento angular, pero en realidad, su momento angular se puede describir utilizando la mecánica cuántica como una superposición de múltiples posibilidades).

Teleportar datos

Para hacerlo, se basaron en un algoritmo que usa teletransportación cuántica en un agujero negro o radiación de Hawking. Cuando alguien arroja una partícula en un agujero negro, la radiación de Hawking crea dos nuevas partículas fantasmales en respuesta: una de las partículas fantasmas es consumida por el agujero negro, y la otra se escapa.

Entonces, al observar el estado de la partícula saliente de la radiación Hawking, los físicos podrían deducir teóricamente información sobre la partícula entrante.

"El truco está en hacer todo esto sin 'mirar'", dijo Jermyn a Live Science. Si miden directamente el estado de giro de la radiación de Hawking saliente, lo obligan a elegir un estado de giro, y pierden la información cuántica que lleva y, con ella, la capacidad de deducir el estado de giro de la partícula original.

Por lo tanto, en su lugar, el algoritmo tomó una medida indirecta del giro del agujero negro, la partícula original que se estaba infligiendo y la radiación Hawking que se barrió también. ¿El truco? No miden todo lo que pudieron; las mediciones solo indican a los investigadores si el momento angular ha cambiado o no, pero no en qué dirección, dijo Jermyn.

Estas mediciones no proporcionales "le dan cierta información, pero no tanto que pierda toda la información mecánica cuántica", dijo Jermyn a Live Science.

A partir de las mediciones, pudieron retrocalcular la orientación del giro del momento angular del qubit original que cayó, mostrando cómo, en teoría, alguien podría recuperar información cuántica de un agujero negro.

Aplicaciones prácticas

Las aplicaciones prácticas del nuevo método son limitadas, por decir lo menos.

Por un lado, "no se puede lanzar accidentalmente [un qubit] y luego decir 'gritos' y tratar de recuperarlo, tiene que haber estado planeando tirarlo", dijo Jermyn. Entonces, las personas que accidentalmente borraron sus datos arrojándolos a un agujero negro no tendrán suerte, agregó.

Su método también recupera solo un qubit de información, y es probable que no se pueda recuperar mucho más, incluso si el algoritmo se desarrolló aún más, agregó Jermyn.

Más allá de eso, los físicos ni siquiera están de acuerdo en teoría sobre la cantidad de datos que se pueden recuperar de un agujero negro.

"Es posible que la información se escape de la misma manera que, cuando eliminas un archivo en tu computadora, técnicamente, la información aún existe, simplemente se ha codificado", dijo Jermyn. "También es posible que exista un límite fundamental sobre cuánto se puede salir antes de que se revuelva más allá del reconocimiento".

En cualquier caso, el agujero negro más cercano está demasiado lejos para que los científicos prueben el algoritmo. Pero, en principio, los científicos podrían crear pequeños análogos de agujeros negros en el laboratorio, utilizando agregados superenfriados de partículas conocidas como condensados ​​de Bose-Einstein. En ese caso, los científicos usarían voltaje para crear una "división" impermeable, similar a un agujero negro. Tales sistemas podrían usarse para investigar algunas de estas teorías sobre los agujeros negros, dijo Jermyn.