Laut SETI-Forschung könnten Außerirdische Schwarze Löcher als Quantencomputer nutzen

By | December 21, 2023

Wir durchsuchen den Himmel nach außerirdischen Signalen in Form von Radiowellen und reflektieren das Licht riesiger Strukturen im Orbit. Aber die Physiker Gia Dvali (vom Max-Planck-Institut für Physik) und Zara Osmanov (von der Freien Universität Tiflis) sagen, wir sollten auch nach Neutrinos und Strahlungsausbrüchen von kleinen Schwarzen Löchern suchen, die wie außerirdische Supercomputer erzeugt werden.

Dvali und Osmanov schlagen in einem aktuellen Artikel vor, dass technologisch fortgeschrittene Außerirdische (falls es sie gibt) kleine Schwarze Löcher als Hardware für ihre Quantencomputer verwenden könnten. Und mit Teleskopen wie IceCube werden wir in der Lage sein, die Ausgabe dieser außerirdischen Computerprogramme zu erkennen.

Sie veröffentlichten ihre Arbeit in Internationale Zeitschrift für Astrobiologie.

Stephen Hawking, der verstorbene Physiker, entwickelte das Konzept der Hawking-Strahlung.

-/AFP/Getty Images

Die innovativste Art, nach Außerirdischen zu suchen?

Am Rande eines Schwarzen Lochs, dem sogenannten Ereignishorizont, kann die Physik äußerst seltsam werden. Materie oder Licht, das in den Ereignishorizont fällt, kann der starken Schwerkraft des Schwarzen Lochs entkommen, und dennoch führt eine seltsame Quantenphysik entlang des Ereignishorizonts dazu, dass das Schwarze Loch ein schwaches Leuchten, die sogenannte Hawking-Strahlung, aussendet. Wenn der verstorbene Physiker Stephen Hawking Recht hatte, handelt es sich bei der Hawking-Strahlung tatsächlich um die langsam verdampfende Masse des Schwarzen Lochs.

Das Wichtige daran, wenn man einen superstarken Quantencomputer im Weltraum bauen will (und wer tut das nicht, nicht wahr?), ist, dass Physiker immer noch darüber diskutieren, ob die Hawking-Strahlung irgendwelche Informationen über die Materie und das Licht enthält, die in den Weltraum gefallen sind . . das schwarze Loch. Wenn Sie einen Planeten auf die brennende Oberfläche eines Sterns fallen lassen, enthalten das anschließend emittierte Licht und die Wärme Informationen über die Masse und die chemische Zusammensetzung des Planeten. Aber Hawkings ursprüngliche Vorstellung von der Hawking-Strahlung deutete darauf hin, dass es sich eher um das Verbrennen eines Wörterbuchs handelte: Alle ursprünglichen Informationen sind technisch gesehen im Aschehaufen vorhanden, aber sie sind so verzerrt, dass sie es auch nicht sein könnten.

Andererseits argumentieren einige Physiker mittlerweile, dass es sich bei der Hawking-Strahlung in Wirklichkeit nicht um unwiederbringliche, zufällig verzerrte Daten handelt. Die Eigenschaften der Hawking-Strahlung, die ein Schwarzes Loch aussendet, hängen tatsächlich mit den Eigenschaften der ursprünglichen Materie oder des Lichts zusammen, das in sie eingefallen ist – wir wissen nur nicht, wie wir den Prozess umkehren können. Mit anderen Worten: Schwarze Löcher führen komplizierte Berechnungen für alles durch, was in sie hineinfällt, und spucken als verarbeitetes Ergebnis Hawking-Strahlung aus.

Und Dvali und Osmanov schlagen in ihrer jüngsten Arbeit vor, dass hypothetische außerirdische Zivilisationen Schwarze Löcher als Basis für Quantencomputer-Hardware nutzen könnten. In einer Zeile aus einer Science-Fiction-Version von Jane Austen schreiben die Autoren: „Von allen ausreichend fortgeschrittenen Zivilisationen wird daher erwartet, dass sie letztendlich Schwarze Löcher in ihren Quantencomputern einsetzen.“

Am wichtigsten ist, dass Dvali und Osmanov vermuten, dass wir möglicherweise die Datenausgabe dieser Schwarzloch-Festplatten erkennen können – oder das Licht der leistungsstarken Teilchenbeschleuniger, mit denen sie hergestellt wurden. Wir müssen nur schauen.

Diese künstlerische Darstellung, die am 19. Februar 2004 von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) veröffentlicht wurde, zeigt die enorme Anziehungskraft eines riesigen Schwarzen Lochs (unterer dunkler Kreis-R) auf einen vorbeiziehenden Stern (R). Das zum Scheitern verurteilte Objekt wird zunächst durch Gezeitenkräfte gedehnt, bis es in Stücke gerissen wird.

AFP/Getty Images/AFP/Getty Images

Wie es funktioniert – soweit wir wissen

Ein typischer Computer kodiert Informationen in Einsen und Nullen, die einen von zwei möglichen Zuständen für einen Magneten, Schalter oder eine elektrische Ladung darstellen. Jede Information wird in einem dieser Zustände geschrieben. Ein Quantencomputer speichert Informationen jedoch in einem komplizierteren Format, in Einheiten namens Qubits (kurz für „Quantenbits“). Ein Qubit repräsentiert den physikalischen Zustand eines subatomaren Teilchens und kann so etwas wie die Polarisation eines Photons, den Drehimpuls (Geschwindigkeit und Rotationsrichtung) eines Atoms oder mehrere andere Eigenschaften haben.

Die Daten eines Qubits können den einen oder anderen Zustand annehmen, aber auch beide gleichzeitig, zumindest bis man sie tatsächlich misst (dies nennt man Quantenüberlagerung und ist das Prinzip hinter der berüchtigten Schrödinger-Katze). Das bedeutet, dass Quantencomputer Informationen über die Wahrscheinlichkeit eines Quantenzustands zu einem bestimmten Zeitpunkt liefern.

Subatomare Teilchen können miteinander verschränkt sein, sodass der Quantenzustand eines Teilchens vom Zustand eines anderen Teilchens abhängt (das in der Nähe sein kann oder auch nicht). Dies verkompliziert die möglichen Zustände jedes Qubits. Und all das macht Qubits dazu in der Lage, mehr Daten zu speichern und damit mehr Berechnungen durchzuführen als normale Bits.

Mit anderen Worten: Quantencomputer können kompliziertere Berechnungen viel schneller durchführen als normale Computer – theoretisch. Informatiker hier auf der Erde finden immer noch heraus, wie Quantencomputer am besten entworfen und genutzt werden können, damit sie so nützlich sind, wie die Theorie es vorgibt. Aber Dvali und Osmanov sagen, es bestehe eine gute Chance, dass fortgeschrittenere Zivilisationen auf älteren Planeten um ältere Sterne in der Lage sein werden, es herauszufinden.

„Da unser Sonnensystem relativ jung ist, kann man davon ausgehen, dass die weiter entwickelten Bewohner älterer Sternensysteme bereits ausgefeilte Quantentechnologien nutzen“, schreiben sie.

Schwarze Löcher als Computerhardware

Laut Dvali und Osmanov wäre ein Schwarzes Loch ein noch schnellerer Quantencomputer als einer aus normaler Materie. Dies liegt daran, dass die gesamte Materie in einem Schwarzen Loch zu einem einzigen Punkt oder einer Singularität komprimiert ist. Da das Schwarze Loch so dicht ist, dauert es fast keine Zeit, bis Licht – und Informationen über die Qubits – von einer Seite des Schwarzen Lochs zur anderen gelangen.

Mit anderen Worten: Ein Schwarzes Loch sollte ein superschnelles, supereffizientes Stück Computerhardware sein, solange der Bediener nicht hineinfällt.

Aber wie würde man einen programmieren? Die Details sind immer noch sehr unklar, aber das Codieren eines Quantencomputers für ein Schwarzes Loch würde wahrscheinlich eine Art Manipulation der Quantenzustände der Materie – oder vielleicht der Photonen des Lichts – und deren anschließende Beförderung in ein Schwarzes Loch beinhalten. Was als Hawking-Strahlung entsteht, wird das Ergebnis dieser Berechnungen sein.

„Wir werden nicht versuchen, Annahmen über die Software zu treffen, die von fortgeschrittenen außerirdischen Intelligenzen verwendet wird“, schreiben Dvali und Osmanov. „Die Leistungsfähigkeit der Programmierung und die Ausgereiftheit ihrer Algorithmen übersteigen wahrscheinlich weit unsere Vorstellungskraft.“

Mit anderen Worten: Wir haben keine Ahnung, wie man einen Quantencomputer für ein Schwarzes Loch programmiert, aber ausreichend fortgeschrittene außerirdische Zivilisationen könnten es tun – und die Idee, dass ein Schwarzes Loch gute Hardware für einen von ihnen produzieren könnte, ist eine Überlegung wert. mit Dvali und Osmanov.

So erkennen Sie Quantencomputing-Aliens

Kleinere Schwarze Löcher sollten höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten haben, daher möchten diese hypothetischen fortgeschrittenen Außerirdischen möglicherweise kleine Schwarze Löcher erschaffen, um ihre Berechnungen durchzuführen. Und kleine Schwarze Löcher (die weniger Masse haben) emittieren mehr Hawking-Strahlung. Das bedeutet auch, dass wir möglicherweise die letzten Ausbrüche hochenergetischer Strahlung von einem sterbenden Schwarzen Loch entdecken könnten – oder von einem Schwarzen Loch, das gerade seine Berechnungen abschließt.

Um diese winzigen Schwarzen Löcher zu erzeugen, müssten sie Materie in hochenergetischen Teilchenbeschleunigern zerkleinern. Schwarze Löcher, die klein genug sind, um in Computern nützlich zu sein, hätten höchstens eine Masse von einigen hundert Milliarden Kilogramm (das ist ein sehr kleiner Bruchteil der Masse der Erde, ganz zu schweigen von der Masse eines Sterns), und Physiker kennen keinen solchen Weg In der Natur bilden sich kleine schwarze Löcher. Laut Dvali und Osmanov würde die Suche nach einem solchen also bedeuten, neue Außerirdische aus der Physik oder dem Quantencomputing zu entdecken.

Wenn Dvali und Osmanov Recht haben, gibt uns diese Möglichkeit zwei Dinge, nach denen wir suchen müssen: den letzten hellen Ausbruch der Hawking-Strahlung von einem kleinen Schwarzen Loch, das am Ende seines Lebens verdampft, oder hochenergetische Strahlung und Teilchen aus den Beschleunigern früher Wir produzieren diese kosmische Computerhardware.

Detektoren wie IceCube sollten empfindlich genug sein, um einige Signaturen zu erkennen, sagen Dvali und Osmanov. Wir werden die außerirdischen Daten wahrscheinlich nicht verstehen können, aber wir werden zumindest einen Hinweis darauf haben, dass sie da draußen sind. Und dass sie riesige Computer-Nerds sind.

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