Gravitationally Induced Entanglement Across an Event Horizon
本文表明，虽然引力迟滞势允许在黑洞事件视界两侧创建纠缠，但径向提取该状态会通过软引力子轫发诱导退相干，而通过量子擦除进行的切向采集则揭示了一种几何对偶性，即时空不可逆地降解径向纠缠，但允许横向隐形传态至无穷远。
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几十年来，物理学家在对待黑洞时一直遵循着一条严格的规则：一旦某物跨越了被称为“事件视界”的无形边界，它就会与宇宙的其他部分永久隔绝。这个边界就像一扇单向门；没有任何东西，甚至连光也无法从内部返回。因此，科学家们曾认为，如果两个粒子被这个边界分隔开（一个在内部，一个在外部），它们就永远无法以那种被称为“量子纠缠”的奇特方式建立联系。纠缠是一种连接，即一个粒子的状态会瞬间影响另一个粒子，无论两者距离多远，但这种连接通常需要两者进行直接相互作用。由于事件视界阻止了内部与外部之间任何新的相互作用，主流观点认为，跨越这一分界线建立这种联系是不可能的。
然而，一项新的理论研究表明，这一长期存在的假设可能是错误的。该研究提出了一种方法，仅利用引力即可在两个物体之间——一个正坠入黑洞，另一个留在外部——产生这种量子连接。该研究并未声称我们可以将信息从黑洞内部传回外部，因为这会违反物理定律。相反，它表明，两个物体之间的引力作用随时间推移，甚至在其中一个物体跨越“不归点”之后，仍能编织出一种量子联系。这项发现依赖于这样一个观点：引力的传播速度是有限的，这意味着外部物体仍然能感受到内部物体在跨越视界之前的引力影响。
来自约克大学的研究人员设计了一个涉及两个重型微观探测器的思想实验。一个探测器向超大质量黑洞坠落，而另一个探测器与其并排下坠，但保持在事件视界之外。这两个探测器都被制备成一种特殊的量子态，即它们同时存在于两个位置，这种状态被称为“空间叠加”。在下坠过程中，视界内部探测器的引力场会与外部探测器发生相互作用。由于引力传播需要时间，外部探测器感受到了内部探测器过去历史中的引力影响。这种相互作用就像一个逻辑门，在两者之间创造了一种特定的量子联系。研究计算出，对于像电影《星际穿越》中那样质量巨大的黑洞，这一过程可能在约 0.38 皮秒的极短窗口期内，在距离视界约 114 微米处发生。
虽然理论证明这种联系可以建立，但论文也揭示了一个严重的缺陷。为了利用这种连接，必须将外部探测器从黑洞附近拉离以进行测量。而停止并向外拉动这个沉重物体的行为，会触发时空结构本身的剧烈反应。当物体减速时，它会发射出一阵引力波，类似于汽车紧急刹车时扬起的尘土。这种发射会扰乱脆弱的量子联系，破坏它所携带的大部分信息。研究人员发现，对于最强的可能连接，检索信息的错误率接近 45%，这使得这种连接在实际应用中几乎毫无用处。在这种情景下，宇宙允许这种联系的形成，但一旦你试图将其拉离，它便会立即使其退化。
不过，有一个巧妙的解决方法可以避免这种破坏，但这需要改变相关物体的性质。研究人员建议不要使用固体物质（因为在如此快速地停止运动时，固体会被巨大的力量粉碎），而是使用被电磁场捕获的强光束。通过使用光，团队可以安排实验，使各种力量完美抵消。在这种设置下，光束的运动会创造出一种完美的镜像对称，从而防止产生破坏性的引力波。这使得量子联系得以保留，并能转移到可以发送给远方观察者的光子身上。
其结果展示了黑洞附近时空行为的一种显著二元性。如果你试图将纠缠物体直接拉出，宇宙会通过不可避免的噪声来降解这种连接。但如果你使用特定的几何排列方式利用光，你就可以将纠缠态“远程传输”到无穷远处，而无需破坏视界的单向规则。研究结论指出，虽然事件视界仍然是物质或信息传回外部的障碍，但它并不严格禁止跨越视界的量子联系的产生。宇宙允许这种连接诞生，但如果你试图收获它，就必须付出沉重的代价，除非你利用光的精确对称性来绕过这种退化。这项工作挑战了深植于心的观念，即事件视界是所有形式量子相互作用的绝对屏障，它暗示引力可以架起这座桥梁，即便这座桥梁既脆弱又难以跨越。
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