En información cuántica , el experimento mental Hayden-Preskill (también conocido como el protocolo Hayden-Preskill ) es un experimento mental que investiga la paradoja de la información del agujero negro al formular hipótesis sobre cuánto tiempo lleva decodificar la información arrojada a un agujero negro desde su radiación Hawking. . [1]
El experimento mental sobre Alice y Bob es el siguiente: Alice arroja un estado cuántico de k qubit en un agujero negro que está enredado con la computadora cuántica de Bob . Bob recolecta la radiación de Hawking emitida por el agujero negro y la alimenta a su computadora cuántica donde aplica las puertas cuánticas apropiadas que decodificarán el estado de Alice. Bob solo necesita al menos k qubits de la radiación de Hawking del agujero negro para decodificar el estado cuántico de Alice. [2]
Se puede pensar en el agujero negro como un espejo de información cuántica, porque devuelve información codificada casi instantáneamente, con un retraso que puede explicarse por el tiempo de codificación y el tiempo que tarda el agujero negro en irradiar los qubits. [3] Este método de decodificación, conocido como esquema de decodificación Yoshida-Kitaev, puede teóricamente aplicarse a un sistema pequeño termalizado con un sistema grande. Esto abre la posibilidad de probar el experimento mental de Hayden-Preskill en la vida real. [4]
Los modos no simétricos con baja energía se denominan suaves, mientras que los modos con alta energía se denominan pesados. Usando la conservación de energía y un modelo de juguete , queda claro que la radiación de Hawking corresponde clásicamente a modos pesados. Solo los modos suaves corresponden al protocolo Hayden-preskill. El modelo de juguete se basa en una clara distinción entre los modos pesado y suave en función de las propiedades termodinámicas, la energía y la carga. [5]
Para representar físicamente el protocolo Hayden-Preskill, se pueden utilizar modelos de Dicke. [6] Utilizando un sistema de dos modelos de Dicke , se descubrió que cuando los datos se arrojan a un agujero negro, la información de giro inicial se puede leer después de haber sido codificados en la cavidad. En un solo sistema, la codificación de la información impide la capacidad de decodificar la información; sin embargo, si se usa un estado doble de termocampo , la codificación de la información permite leer la información del estado inicial. Por lo tanto, la eficiencia de la decodificación es máxima cuando la codificación es más rápida y cuando el sistema es más caótico. [6]
Si la fidelidad de decodificación es una constante, el agujero negro actuará de manera similar a un espejo y reflejará cualquier información que caiga en él casi de inmediato. Sin embargo, si se pudieran realizar experimentos, el protocolo Hayden-Preskill daría como resultado cierta pérdida de información. Recuerde que al decodificar la información del agujero negro necesitamos la radiación temprana que se llamará B 'y la radiación tardía que se llamará D, para reconstruir el estado original A. Hay un error que surge al almacenar la radiación temprana B'. Los Qubits pueden perderse aleatoriamente mientras se almacenan. Además, la radiación temprana y el agujero negro están inicialmente entrelazados al máximo, pero la decoherenciaemerge con el tiempo. En última instancia, la pérdida de información debido al borrado en el almacenamiento es mucho más impactante que la decoherencia, porque la pérdida de información por decoherencia se puede recuperar parcialmente con una comprensión del entrelazamiento . [7]