В квантовой информации мысленный эксперимент Хайдена -Прескила (также известный как протокол Хайдена-Прескила ) представляет собой мысленный эксперимент, который исследует информационный парадокс черной дыры , выдвигая гипотезу о том, сколько времени требуется для декодирования информации, брошенной в черную дыру из ее излучения Хокинга . . [1]
Мысленный эксперимент, касающийся Алисы и Боба, выглядит следующим образом: Алиса бросает квантовое состояние k кубита в черную дыру, которая запутывается с квантовым компьютером Боба . Боб собирает излучение Хокинга, испускаемое черной дырой, и передает его в свой квантовый компьютер, где он применяет соответствующие квантовые вентили, которые расшифровывают состояние Алисы. Бобу требуется не менее k кубитов излучения Хокинга черной дыры, чтобы расшифровать квантовое состояние Алисы. [2]
Черную дыру можно рассматривать как квантовое информационное зеркало, потому что она почти мгновенно возвращает зашифрованную информацию с задержкой, которая может быть объяснена временем скремблирования и временем, которое требуется черной дыре для излучения кубитов. [3] Этот метод декодирования, известный как схема декодирования Йошида-Китаева, теоретически может быть применен к небольшой системе, термально связанной с большой системой. Это открывает возможность проверки мысленного эксперимента Хейдена-Прескила в реальной жизни. [4]
Несимметричные моды с малой энергией называются мягкими, а моды с высокой энергией — тяжелыми. Используя закон сохранения энергии и игрушечную модель , становится ясно, что излучение Хокинга классически соответствует тяжелым модам. Только мягкие режимы соответствуют протоколу Хайдена-Прескила. Игрушечная модель опирается на четкое различие между тяжелыми и мягкими модами, основанное на термодинамических свойствах, энергии и заряде. [5]
Для физического представления протокола Хейдена – Прескилла можно использовать модели Дике. [6] Используя систему двух моделей Дике , было обнаружено, что когда данные забрасываются в черную дыру, исходная информация о спине может быть прочитана после того, как она была зашифрована в полости. В одиночной системе скремблирование информации препятствует декодированию информации; однако, если используется двойное состояние термополя , скремблирование информации позволяет считывать информацию об исходном состоянии. Следовательно, эффективность декодирования максимальна, когда скремблирование происходит быстрее всего и когда система наиболее хаотична. [6]
Если точность декодирования постоянна, черная дыра будет действовать подобно зеркалу и почти сразу же будет отражать обратно любую попадающую в нее информацию. Однако, если бы можно было проводить эксперименты, протокол Хайдена-Прескила привел бы к некоторой потере информации. Напомним, что при расшифровке информации от черной дыры нам нужно раннее излучение, которое будет называться B', и позднее излучение, которое будет называться D, чтобы реконструировать исходное состояние A. Существует ошибка, возникающая из-за сохранения раннего излучения B'. Кубиты могут быть случайно потеряны во время хранения. Кроме того, раннее излучение и черная дыра изначально максимально запутаны, но декогерентностьпоявляется со временем. В конечном счете, потеря информации из-за стирания при хранении гораздо более серьезна, чем декогеренция, потому что потеря информации из-за декогеренции может быть частично восстановлена с пониманием запутанности . [7]