Detection of quantum entanglement across the event horizon

W niniejszej pracy badamy problem rozróżniania stanów separowalnych i splątanych dwóch kwantowych paczek falowych, z których jedna wpada do czarnej dziury. Intuicyjnie można by oczekiwać, że oba scenariusze są nierozróżnialne, ponieważ informacja przenoszona przez jedną z paczek jest ukryta za horyzontem zdarzeń. Pokazujemy jednak, że fundamentalne ograniczenia dotyczące lokalizowalności stanów kwantowych mogą co do zasady uczynić te scenariusze rozróżnialnymi. Wykorzystując narzędzia teorii rozróżniania stanów kwantowych, analizujemy konkretną realizację tego problemu oraz omawiamy konfiguracje maksymalizujące prawdopodobieństwo poprawnego odróżnienia obu przypadków.

We investigate the problem of distinguishing between separable and entangled states of two quantum wave packets, one of which falls into a black hole. Intuitively, one might expect the two scenarios to be indistinguishable, since the information carried by one wave packet is hidden beyond the event horizon. We show, however, that fundamental limitations on the localizability of quantum states can render the two scenarios, in principle, distinguishable. Employing tools from quantum state discrimination theory, we analyze a concrete realization and discuss the configurations that maximize the probability of successfully distinguishing between the two cases.