論文の概要: A Quantum Superposition of Black Hole Evaporation Histories: Recovering Unitarity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.17031v1
- Date: Tue, 22 Jul 2025 21:39:34 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-24 22:33:14.781958
- Title: A Quantum Superposition of Black Hole Evaporation Histories: Recovering Unitarity
- Title（参考訳）: ブラックホール蒸発履歴の量子的重ね合わせ:ユニタリ性の回復
- Authors: Ali Akil, Lorenzo Giannelli, Leonardo Modesto, Oscar Dahlsten, Giulio Chiribella, Caslav Brukner,
- Abstract要約: ブラックホールの蒸発は重力と量子物理学の界面でもっとも顕著な現象の1つである。
ホーキングの半古典的扱いでは、物質は量子力学であり、時空は定性であり、古典的な蒸発は、全体的な進化の統一性が明らかに失われる。
ここでは、ブラックホールの蒸発に関するおもちゃの量子モデルを定式化し、ブラックホールが完全に蒸発し、完全に蒸発しない重畳状態へと進化し、ホーキング粒子が異なるエネルギーレベルのコヒーレントな重畳状態にあるのと一致する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.16492989697868887
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Black hole evaporation is one of the most striking phenomena at the interface between gravity and quantum physics. In Hawking's semi-classical treatment, where matter is quantum mechanical and the spacetime is definite and classical, evaporation leads to an apparent loss of unitarity of the overall evolution, and to the so-called black hole information paradox. Here, we go beyond this semi-classical treatment and formulate a toy quantum model of black hole evaporation that allows the black hole to evolve into a superposition of being fully evaporated and not fully evaporated, consistent with the Hawking particles being in a coherent superposition of different energy levels. We model Hawking particle production by the repeated action of quantum-controlled unitaries, generating emission from the quantum black hole and accounting for a quantum coherent back-reaction on the black hole matter state. We show that the probability of full annihilation of the black hole matter increases with time until the black hole is, asymptotically, fully evaporated in every branch of the quantum superposition. We prove that under natural assumptions, this evaporation model is unitary, such that the initial state can in principle be recovered from the final asymptotic state of the radiation.
- Abstract（参考訳）: ブラックホールの蒸発は重力と量子物理学の界面でもっとも顕著な現象の1つである。
ホーキングの半古典的扱いでは、物質は量子力学であり、時空は定性であり、古典的であり、蒸発は、全体的な進化のユニタリティが明らかに失われ、いわゆるブラックホール情報パラドックスに繋がる。
ここでは、この半古典的な処理を超えて、ブラックホールの蒸発のおもちゃの量子モデルを定式化し、ブラックホールが完全に蒸発し、完全に蒸発しない重ね合わせへと進化し、異なるエネルギーレベルのコヒーレントな重ね合わせにあるホーキング粒子と整合する。
我々は、量子制御されたユニタリの繰り返し作用によりホーキング粒子の生成をモデル化し、量子ブラックホールからの放出を発生させ、ブラックホール物質状態における量子コヒーレントなバック反応を考慮に入れた。
ブラックホール物質が完全に消滅する確率は、ブラックホールが漸近的に量子重畳のすべての分岐で完全に蒸発するまでの時間とともに増加することを示す。
自然の仮定では、この蒸発モデルはユニタリであり、初期状態は原則として放射の最終漸近状態から回復可能であることを証明している。
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