Quantifying Causality in Quantum and General Models
在纠缠的研究中，确定一个态是否纠缠和量化一个态中包含的纠缠量是两个相互联系但又不同的问题。同样，在因果关系研究中，找出与模型相容的因果结构和量化因果强度是相关但不同的问题。近年来，对第一个问题的研究较多，而对第二个问题的研究较少。在本文中，我们提出了所有合理的因果关系的定量测量要遵守的公理。这些公理适用于具有或不具有明确因果结构的广泛的操作概率理论家族。对于量子模型，我们详细研究了基于单次量子容量的因果测度。这些措施被用来定义量子信号和量子因果关系的措施，以量化量子因果关系的概念。
2018-01-19 quant-ph
The spontaneous disentanglement hypothesis and causality
Andrew and Erna Viterbi Department of Electrical Engineering, Technion（安德鲁和埃尔纳·维特比电气工程系，Technion）
本文提出基于最大熵原理的假说，通过拉格朗日乘数法确保与因果性一致，适用于有限维希尔伯特空间的量子系统。
2026-10-06 quant-ph
Entangling Disciplines: Causality, Entropy and Time-Travel Paradoxes on a Quantum Computer
本文探讨将量子计算与基础物理（相对论、热力学）结合，通过可运行的量子电路实验，促进学习者对物理原理和量子计算的双向理解。
2025-06-18 quant-ph
Applying causality principles to the axiomatization of probabilistic cellular automata
细胞自动机（CA）由一组相同的细胞组成，每个细胞可以采取有限数量的可能状态之一。整个阵列通过迭代全局演化G以离散时间步长演化。此外，这种全局演化G需要是平移不变的（它在任何地方都是一样的）和因果关系的（信息的传输速度不能快于每个时间步的某个固定数量的细胞）。至少在经典的、可逆的和量子的情况下，这两个自上而下的公理化条件足以引起G的更多自下而上的、可操作的描述。我们调查是否同样是真的概率的情况下。保留字：特征化，噪声，马尔可夫过程，随机爱因斯坦局域性，屏蔽，共因原理，非信号，多方非局域盒。
2011-02-08 cs.DM cs.FL math-ph
Smooth Entropy Transfer of Quantum Gravity Information Processing
我们引入术语平滑纠缠熵转移，这是量子引力环境的空腔抵消特性的结果。量子引力空间的引力抵消消除了局域系统的因果依赖性。我们研究了空穴抵消的物理效应，表明它刺激了量子引力环境与量子引力空间中独立局域系统之间的熵转移。熵转移降低了贡献局域系统的熵，增加了量子引力环境的熵。我们讨论了量子引力环境和局域量子系统的时空几何结构。我们提出了光滑熵传递的时空几何模型。我们揭示了一个光滑的柯西切片，时空几何的量子引力环境动态地适应消失的因果关系。我们定义了相应的哈密顿量和非固定因果结构中量子引力环境的因果发展。我们证明了柯西面积展开以及量子引力环境的Rindler视界面积的膨胀是量子引力环境的空穴抵消的严格推论。
2014-03-26 cs.IT gr-qc hep-th
Discrimination Between Quantum Common Causes and Quantum Causality
在经典案例中，赖兴巴赫原理意味着区分共同原因和因果关系是无原则的，因为区分的结果基本上取决于可能的条件变量的选择。对于一些典型的量子情形，K.Reid的$et$ $al$ . \href{https://www.nature.com/articles/nphys3266}{[Nat. Phys. 11, 414 (2015)]}提出了一种统计量$C$，它可以有效地区分两个量子随机变量（即，量子位），并且其仅使用关于这两个变量的测量信息。在本文中，我们形式化的一般量子公共原因和一般量子因果关系。在形式表示的基础上，我们进一步研究了它们在一般量子情形下通过统计量$C$的判定性。我们证明了：（i）如果两个量子比特之间的关系是量子因果关系，则为$C \in \left[ { - 1,\frac{1}{27}} \right]$;（ii）如果两个量子比特之间的关系是量子因果关系，则为$C \in \left[ { - \frac{1}{27},1} \right]$;（iii）几何图像可以阐明量子因果关系和量子共因的概率混合的几何解释。这个几何图形也提供了一个基本的启发，以开发更完整的方法来区分对应于$C \in \left[ { - \frac{1}{27},\frac{1}{27}} \right]$的情况。结果表明，量子共因和量子因果关系可以在相当大的范围内得到区分。
2018-06-27 quant-ph
Effects of spatial nonlocality versus nonlocal causality for bound electrons in external fields
本文通过TDQMC与精确解对比，研究外场中束缚纠缠电子的空间非局域性与非局域因果性效应，发现前者可准确预测量子纠缠，后者仅引起闲置电子轨迹的小幅振荡。
2022-09-21 quant-ph
Testing axioms for Quantum Mechanics on Probabilistic toy-theories
在文献[1]中，一位作者提出了将量子力学公理化为“公平的操作框架”的假设，即把理论看作一组规则，允许实验者在适当的测试基础上预测未来事件，具有局部控制和低实验复杂性。除了因果关系之外，还考虑了以下假设：PFAITH（存在一个纯粹的绝对忠诚的状态）和FAITHE（存在一个忠诚的效果）。这些假设展现出了意想不到的理论力量，排除了所有已知的非量子概率理论。后来在参考文献[2]中，除了因果关系和PFAITH，还考虑了LDISCR（局部可分辨性）和PURIFY（所有状态的可纯化性）假设，将概率理论缩小到非常接近量子力学的程度。在本文中，我们测试了一些非量子概率模型上的上述假设。第一个模型，“双盒子世界”是Popescu-Rohrlich模型的扩展，它实现了与无信号原理兼容的CHSH不等式的最大违反。第二个模型“双钟世界”实际上是一个完整的模型类，所有的模型都有一个圆盘作为局部系统的凸状态集。其中之一对应于“双比特世界”，即具有实希尔伯特空间的量子比特。第三个模型--“自旋因子”--是一种对时钟的n维概括。最后一个模型是“经典概率论”。我们看到每个模型如何违反了一些假设，何时以及如何实现隐形传态，我们分析了这些违反假设之间的其他有趣的联系，以及概率理论的局部和非局部结构之间的深层关系。
2009-12-01 quant-ph
Appearance of causality in process matrices when performing fixed-basis measurements for two parties
最近发展的量子理论框架没有全局因果顺序，允许量子过程中，在局部实验室的操作既不是因果顺序，也不是确定的因果顺序的概率混合。实验室之间的因果关系由过程矩阵描述。我们表明，如果实验室的投入是在一个固定的基础上测量，可以引入一个有效的过程矩阵，这是从原来的操作上无法区分。这个有效的过程矩阵可以通过将非选择性测量的von Neumann-Luders更新规则应用于原始过程矩阵来获得，并且在二分的情况下，它与确定的因果顺序相容。后者扩展了原始Oreshkov等人的证明，其中认为输入的测量和输出的重新准备都是在固定的基础上进行的。
2016-09-20 quant-ph
Decoding probabilistic syndrome measurement and the role of entropy
在现实的基于稳定器的量子纠错中，真实的物理系统偏离简单的玩具误差模型的方式有很多。稳定器测量可能不总是确定性的，或者可能遭受擦除错误，使得它们不提供纠错所需的校正子结果。在本文中，我们研究了概率稳定器测量模型下的复曲面码的性能。我们发现，即使在校正子提取的完全连续模型下，与用于确定性稳定器测量的$2.93\%$的值相比，通过使用Stace和Barrett（Physical Review A 81，022317（2010））的边缘收缩方法适当地修改解码器，阈值也可以保持在$1.69\%$的相当高的值。最后，我们研究了熵因子的作用，它占退化的错误配置，以提高解码器的性能。我们发现，在完全连续的稳定器测量的限制下，这些因素进一步提供的任何优势变得可以忽略不计，与确定性测量的情况相反。
2023-02-22 quant-ph
Information Causality as a Physical Principle
量子物理学具有显著的特点。例如，它只给出概率预测（非确定性），不允许复制未知状态（不可克隆）。量子关联可能比任何经典关联都强，但信息的传输速度不能超过光（无信号）。然而，所有这些特征都没有单独提到量子物理学。存在着一大类理论，它们与量子力学具有这样的特征，同时它们允许比量子关联更强的关联。在这里，我们介绍了信息因果关系的原则。它指出，Bob可以通过使用他所有的本地资源（可能与她的资源相关）和来自她的经典通信来获得关于他先前完全未知的Alice数据集的信息，该信息受到通信的信息量的限制。换句话说，如果Alice向Bob发送m比特的信息，那么Bob获得的对她的数据的总信息访问不大于m。对于m = 0，信息因果关系简化为标准的无信号原理。我们表明，这一新的原则是尊重在经典和量子物理学，而它是违反所有的无信号关联，这是强于最强的量子关联。最强的无信令相关性将允许Bob访问由Alice持有的整个数据集的任何m比特子集。如果Alice只发送了一个比特（m = 1），这相当于Bob能够访问Alice数据的任何一个比特的值（当然不是所有的）。我们认为，信息因果性，无信号的推广，可能是自然的基本属性之一。
2010-05-06 quant-ph
Selectivity in Probabilistic Causality: Where Psychology Runs Into Quantum Physics
给定一组输入到系统中的几个输入（例如，表征刺激的独立变量）和一组若干随机非独立输出（例如，描述响应的不同方面的随机变量），如何确定每个输出受哪个输入的影响？该问题的应用范围从成对比较建模到重建心理处理架构到联合测试。联合分布准则为给定的选择性影响模式提供了一个充分必要条件，根据该准则，“什么影响什么”的问题等价于某组随机变量存在联合分布的问题。对于具有有限值集的输入和输出，该标准转化为可以通过线性规划执行的线性方程和不等式的特定系统的一致性测试（线性可行性测试）。虽然在行为背景下是新的，但这个测试和它所基于的联合分布准则都是以前在量子物理学中提出的，用于处理量子纠缠问题的贝尔不等式的推广。这个问题与行为科学中的选择性影响之间的相似之处是通过观察量子物理学中的非对易测量是相互排斥的，因此可以被视为同一因素的不同水平来建立的。
2012-01-13 math.ST physics.data-an q-bio.QM
Causality Constraint on Circuit Complexity from $COSMOEFT$
本文在 COSMOEFT 中用双模压缩态研究声速因果约束对量子电路复杂性的影响，结合两种方法计算复杂性与纠缠熵并揭示其关联。
2023-01-25 gr-qc hep-ph hep-th
Causality and local determinism versus quantum nonlocality
自旋极化相关实验（SPCE）中的纠缠以及Bell和CHSH不等式的违反被认为是自然界最大的奥秘之一，被称为量子非定域性。在本文中，我们再次表明，这一结论是基于不精确的术语和缺乏了解的概率模型中使用的各种证明贝尔和CHSH定理。这些模型与SPCE中使用的实验方案不一致。这是Bell和CHSH不等式被违反的唯一原因。一个概率的非信令描述SPCE，符合量子预测，是可能的，它明确地取决于每个实验的上下文。它也是确定性的意义上说，结果是由补充的本地参数描述的物理信号和测量仪器。这种描述的存在提供了额外的论据，即量子理论是从某种更详细的关于因果关系和局部决定论的理论中涌现出来的。如果量子理论是突现的，那么在实验数据的时间序列中可能存在一些未被量子理论预测的精细结构。在本文中，我们将解释如何进行系统的搜索，这样的精细结构。如果发现了这种可重复的精细结构，这将表明量子理论并不完全，这将是一个重大发现。
2013-12-02 physics.data-an physics.hist-ph quant-ph
Operationalism, Causality, and Quantum Theory: a mostly time symmetric perspective
Perimeter Institute（Perimeter研究所）
本文从时间对称视角探讨操作概率理论，提出简单与复杂操作的因果结构，并证明时间对称与时间正向视角等价，发展了Hilbert对象的图示符号。
2026-03-25 gr-qc hep-th math-ph
A Quantum Circuit Model of Black Hole Evaporation with Tunable Semi-Causality Violation
Chung Yuan Christian University（中原大学）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）；National Taiwan University（台湾大学）
该研究提出一个四量子比特黑洞蒸发量子电路模型，通过受控酉门实现可调半因果性破坏，发现非零参数导致残余熵和持续纠缠，表明纯化不完整，并揭示残余熵的标度行为。
2026-09-09 gr-qc hep-th quant-ph
Causality re-established
因果关系在物理学中从未获得“定律”或“原理”的地位。最近的一些文献甚至普及了一种错误的观点，即因果关系是一个应该从理论中禁止的概念。这种误解依赖于所谓的物理定律可逆性的普遍性，这种普遍性要么基于经典理论的决定论，要么基于量子理论的多元宇宙解释，在这两种情况下，都是由理论实在论的纯粹解释要求所驱动的。在这里，我将表明，一个适当定义的明确的因果性概念是量子理论的一个定理，这也是该理论的一个可证伪命题。这种因果关系的概念出现在文献中的框架内的操作概率理论。这是一个真正的理论概念，对应于在事件之间建立一个确定的偏序，就像我们在闵可夫斯基空间上使用未来因果锥一样。因果性概念在逻辑上完全独立于被错误识别的“决定论”概念，并且作为量子理论的一个结果，在物理学中无处不在。此外，由于经典理论可以被看作是对量子理论的限制，因果关系在经典情况下也成立，尽管理论的决定论使因果关系平凡化。这意味着“块状宇宙”的设想和与之相关的“过去假说”与因果性不相容，因而也与量子理论不相容：它们都注定只能是纯粹的解释，因此是不可证伪的，类似于“超决定论”的假说。这篇文章是“量子力学的基础及其对当代社会的影响”讨论会的一部分。
2018-04-28 physics.hist-ph quant-ph
Spread of entanglement and causality
研究了相对论性理论中全局猝灭后纠缠熵随时间演化的因果约束。我们首先提供了一个一般性的证明，即所谓的海啸速度是有界的光速。然后，我们将arXiv：cond-mat/0503393的自由粒子流模型推广到一般尺寸和任意纠缠模式的初始状态。在两个以上的时空维度中，这些模型中纠缠的传播对初始纠缠模式高度敏感，但我们能够证明纠缠熵的归一化增长率的上限，因此海啸速度。这个界限比全息理论中的猝灭要小，这突出了相互作用在多体系统中纠缠传播中的重要性。我们提出了一个相互作用的模型，我们相信提供了一个上限的相互作用相对论理论的纠缠传播。在具有多个间隔的两个时空维度中，这个模型及其变体能够再现全息理论在参数空间的重要部分所展示的复杂结果。对于更高的维度，该模型将海啸的速度限制在光速。最后，我们构建了一个几何模型的纠缠传播的基础上的张量网络结构的整体淬火。
2016-12-03 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
Quantum Dimension as Entanglement Entropy in 2D CFTs
研究了二维共形场论（CFTs）中激发态的纠缠熵。特别地，我们考虑了通过在真空上作用主算符而得到的激发态。我们发现，在时间演化过程中，当满足因果关系条件时，纠缠熵增加一个有限常数。此外，在理性的CFTs，我们证明，这种增加量（Renyi和冯-诺依曼）纠缠熵总是一致的主要运营商的量子尺寸的日志。
2014-03-04 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
Entropy, majorization and thermodynamics in general probabilistic theories
本文为广义概率论中的热力学资源理论打下了基础。我们考虑满足密度矩阵的谱分解的纯凸抽象的理论：每个状态都有分解，具有唯一的概率，成为完全可区分的纯状态。谱熵和使用其他舒尔凹函数的类似物可以定义为这些概率的熵。我们描述了额外的条件下，一个细粒度的测量的结果概率是由那些为一个频谱测量majorized，因此，“频谱熵”是测量熵（因此凹）。这些条件是：（1）投射性，它抽象了量子理论中的吕德斯-冯·诺依曼投影公设的某些方面，特别是状态空间的每一个面都是称为滤波器的某种投影算子的图像的正部分;（2）转移概率的对称性。正如荒木在前面所指出的那样，这两者的结合等价于非规范化态锥的一个强几何性质，即完备性：存在一个内积，根据这个内积，锥的每个面，包括锥本身，都是自对偶的。使用一些假设的热力学成本的某些过程，部分是出于我们的假设，特别是投影，我们扩展冯诺依曼的论点，量子系统的热力学熵是它的谱熵广义概率系统满足光谱。
2015-11-05 math-ph math.MP quant-ph
Thermodynamics and the Structure of Quantum Theory as a Generalized Probabilistic Theory
本论文主要探讨量子理论与热力学及资讯论之间的关系。与结构类似的量子理论的理论被认为是数学上描述的“广义概率论”的框架。对于这些理论，冯·诺依曼的一个思想实验被改编成一个自然的热力学熵定义，遵循J·巴雷特的建议。这种熵的数学性质与思想实验的物理结果相比较。研究了热力学第二定律的有效性。在这种情况下，观测量和投影测量推广到证明的熵增加的投影测量系综。信息理论的熵的定义相比，熵从热力学思想实验。的热力学熵被很好地定义的条件被认为是更详细的。几个进一步的性质的理论正在考虑（例如，是否有高阶干扰，菲斯特的状态歧视原则）和它们的关系熵进行了调查。
2015-08-13 math-ph math.MP quant-ph
Entropies in General Probabilistic Theories and its Application to Holevo Bound
一般概率理论的目的是提供可操作的最一般的概率模型，包括经典和量子理论。本文介绍了一种系统的方法来构造一系列熵，它们都推广了经典系统中的Shannon熵和量子系统中的冯诺伊曼熵。利用这些熵，Holevo界，从量子系统的可访问信息的上限，推广到任何一般的概率理论。
2016-04-27 math-ph math.MP quant-ph
Initialization and training of matrix product state probabilistic models
本文针对随机初始化MPS在梯度下降训练中无法捕捉边界强相互作用及Born机因果陷阱问题，提出自然梯度下降和基于TTNS-Sketch的热启动初始化两种互补策略，实现快速收敛到全局最优。
2025-05-09 cs.NA math.NA quant-ph
Positivity bounds from thermal field theory entropy
Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院，中国科学院大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）
本文通过分析热量子场系统的热力学行为，推导出有效场论中的正性界，特别是指出维度8算符的系数必须严格为正，提供了一种不同于传统S矩阵方法的视角。
2026-04-08 hep-th quant-ph
Nonlocal Quantum Field Theory and Quantum Entanglement
本文研究非局域量子场论（NLQFT）的因果性，并通过泛函积分与复制技巧计算其在3+1维锥面上的纠缠熵，证明结果无紫外发散且满足面积律。
2024-01-10 hep-th quant-ph
Quantum causality and the arrows of time and thermodynamics
在对基本相互作用的理解中，时间之箭的起源被认为是有问题的。但是，量子场论有一个因果关系的箭头，它告诉我们哪个时间方向是过去的光锥，哪个是未来。这个方向与量化过程中使用的约定有关。不同的可能因果方向有相关的物理学-在这个意义上，它们在时间反演下是协变的。然而，对于一组给定的约定，只有一个因果方向出现。这个因果箭头告诉我们散射反应进行的方向。散射的时间方向反过来告诉我们熵增加的时间方向--所谓的热力学箭头。在大多数关于时间之箭的讨论中，这种联系都被忽视了。
2020-10-13 gr-qc hep-ph hep-th
Evolution of Entanglement Entropy in One-Dimensional Systems
本文从一个非哈密顿本征态的纯态出发，研究了一维系统在长度为l的区间内自由度之间纠缠熵的么正时间演化。我们使用路径积分方法的量子场论以及明确的计算横向伊辛自旋链。在这两种情况下，存在信号传播的最大速度v。一般来说，纠缠熵随时间线性增加$t$，直到t=l/2 v，之后它饱和在与l成比例的值，该系数取决于初始状态。这种行为可以被理解为因果关系的结果。
2005-03-16 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el hep-th
