Reduction of correlations by quantum indefinite causal structure
我们发现量子不定因果结构一般减少两方相关。对于一些一般条件捕获的因果结构中的显着不确定性，相关性被证明是减少到零。这一结果提供了一种与模型无关的紫外正则化机制。它可以应用于各种方法的量子引力，允许量子不定时空因果结构。
2018-06-06 gr-qc hep-th quant-ph
Self-testing Quantum Supermaps
University of Geneva（日内瓦大学）；Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院、尼尔研究所）；Université Grenoble Alpes, Inria（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家信息与自动化研究所）；Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, Institut de Physique Théorique（巴黎萨克雷大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、理论物理研究所）
提出无需设备假设的自测试方法，首次将量子超映射纳入设备无关认证，通过不同网络结构实现两种认证级别，并应用于量子开关等实例。
2026-06-23 quant-ph
Ultraviolet regularity from quantum gravitational indefinite causal structure
不确定的因果结构一般存在于量子引力理论中，它允许一个路径积分公式。我们表明，因果结构的求和消除了物质的紫外发散QFT，并使用非微扰世界量子引力方法解决了时空奇异性。独立的信息论和模型独立的考虑表明，不确定因果结构的紫外正则化机制也适用于其他量子引力理论。
2020-03-01 gr-qc hep-th quant-ph
Cyclic Quantum Causal Models
因果推理是科学的基础，然而量子理论却对它提出了挑战，违反贝尔不等式的量子关联在经典因果模型的框架内无法得到令人满意的因果解释。更重要的是，一个包含量子系统和引力的理论预计将允许因果不可分离的过程，其特征是以不确定的因果顺序进行操作，而无视事件是因果有序的。第一个挑战已经通过最近开发的内在量子因果模型得到解决，允许量子过程的因果解释-只要它们承认一个确定的因果顺序，即具有非循环因果结构。这项工作解决因果不可分离的过程，并提供了一个因果的角度来看，他们通过扩展量子因果模型循环因果结构。在其他应用的方法，它表明，所有酉可扩展的二分过程是因果可分的，并为酉过程，因果不可分性和循环的因果结构是等价的。
2021-03-04 quant-ph
Causal orders, quantum circuits and spacetime: distinguishing between definite and superposed causal orders
我们研究的因果顺序的情况下（经典和量子）电路和时空事件的概念。我们表明，每一个电路可以沉浸到一个经典的时空，保持两个因果结构之间的兼容性。使用过程矩阵形式主义，我们分析了实现的量子开关使用4个和3个时空事件在经典时空中具有固定的因果顺序，和实现的引力开关只有2个时空事件，具有不同的引力场配置和它们各自的因果顺序的叠加。我们表明，目前的量子开关实验实现不具有时空事件之间的因果顺序的叠加，这些叠加只能发生在叠加的引力场的背景下。我们还讨论了最近推出的操作概念的事件，它允许叠加各自的因果顺序在平坦时空量子开关的实现。我们构建了两个观测值，可以区分经典时空中的量子开关实现，和叠加时空中的引力开关实现。最后，我们讨论了我们的结果，根据现代关系的物理方法。
2020-05-23 gr-qc hep-th quant-ph
Memory attacks in network nonlocality and self-testing
本文证明在非独立同分布通信场景中，非凸关联集合的成员性测试和非极端量子操作的自测试均不可行，并指出无输入因果网络的非经典性无法实验证明，需考虑建立网络所需的事先通信。
2025-05-02 quant-ph
Experiments on quantum causality
量子因果性通过允许通道和操作以不确定的因果顺序起作用，扩展了固定因果结构的传统概念。这种不确定的因果顺序的重要性范围从基础-例如对量子引力理论-到应用-例如在通信和计算方面的优势。在这篇评论中，我们将通过不确定因果顺序的基本理论，并专注于实验，依赖于一个物理上可实现的不确定因果顺序的过程-量子开关。
2020-09-01 quant-ph
Quantum causal modelling
因果建模提供了一套强大的工具，用于从观察到的相关性中识别因果结构。众所周知，这样的技术在量子系统中是失败的，除非引入“幽灵般的”隐藏机制。人们是否能够建立一个真正的量子框架来发现因果结构仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们介绍了一个新的框架，量子因果建模，允许因果结构的发现。我们定义了经典因果建模技术的许多核心特征的量子类似物，包括因果马尔可夫条件和忠诚度。基于过程矩阵的形式主义，这个框架自然延伸到广义结构与不确定的因果顺序。
2016-06-27 quant-ph
An Operational Environment for Quantum Self-Testing
已知观察到的量子相关性在某些情况下确定潜在的量子态和测量。这种现象被称为（量子）自我测试。自检测是量子信息理论中一个重要的研究领域，具有重要的理论和实践意义。但自从20年前Mayers和Yao提出这个概念以来，严格地表述自我测试的常用方法一直是算子代数恒等式，而这种表述缺乏操作解释。特别是，在其他物理理论中，在不涉及算子代数的量子理论的公式中，或者在与标准理论有因果关系不同的情况下，如何表述自我检验，都是不清楚的。在本文中，我们解释了如何理解量子自测试操作，在因果结构的伸缩的输入输出通道编码的相关性。这些膨胀模型的边信息泄漏到一个环境中，根据一个特定的时间表，我们展示了如何自我测试的关系，这种预定的信息泄漏之间的相对强度。因此，我们论文的标题具有双重意义：我们根据对环境的信息泄漏来重塑传统的量子自测试-这将量子自测试实现为一般操作框架环境中的特殊情况。我们对量子自测试的新方法不仅提供了适合于各种概括的操作理解，而且解决了现有定义中一些无法解释的方面，自然地提出了适合于鲁棒自测试的距离度量，并指出自测试是一个更大的模块化概念，密码学的观点。
2022-04-24 quant-ph
A quantum causal discovery algorithm
为一组经典变量找到一个因果模型现在已经是一个很好的任务了-但是量子等价物呢？甚至量子因果模型的概念也是有争议的。在这里，我们提出了一个因果发现算法的量子系统。该算法的输入是描述量子事件之间的相关性的过程矩阵。它的输出由关于基础因果模型的不同层次的信息组成。我们的算法确定是否是因果顺序的过程中，通过分组的事件成因果顺序的非信令集。它检测是否所有相关的共同原因都包含在我们标记为马尔可夫的过程中，或者如果某些因果关系是通过某些外部记忆介导的。对于马尔可夫过程，它输出一个因果模型，即因果关系和相应的机制，表示为量子态和通道。我们的算法为量子因果发现提供了更一般的方法的第一步。
2018-04-19 quant-ph
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 entropy of quantum causal networks
量子网络在量子信息理论的许多应用场景中发挥着关键作用。在这里，我们考虑量子因果网络的熵的方式。首先给出了量子梳的修正光滑最大相对熵，然后给出了假设检验的第二类误差的上下界。其次，我们给出了渐近均分量子梳的光滑最大相对熵的一个下界。最后，我们考虑得分来量化一个操作员的性能。我们提出了一个量等于一个量子正算子的性能的光滑渐近版本。
2021-03-13 quant-ph
Detection loophole in quantum causality and its countermeasures
量子因果关系违反了经典的因果直觉，是一种独特的量子特征，不同于其他量子现象，如纠缠和量子非定域性。为了避免量子因果关系中的检测漏洞，我们开始研究观察量子因果关系的检测效率要求。我们首先表明，以前的经典因果不等式需要检测效率至少95.97%（89.44%），以显示违反量子（非信号）相关性。接下来，我们推导出一个经典的因果不等式I_{222}，并表明它需要较低的检测效率被违反，92.39%的量子相关和81.65%的非信号相关，从而大大降低了检测的要求。然后，我们将这个因果不等式推广到多个测量设置的情况下，并分析了相应的检测效率。在此之后，我们表明，以前的量子因果不等式需要检测效率至少94.29%，违反非信号相关性。随后，我们推导出一个量子因果约束J_{222}，有一个较低的检测效率要求为91.02%的违规与非信号相关性。我们的工作铺平了道路的量子因果关系的实验演示，并表明因果不等式显着不同于贝尔不等式的检测效率的要求。
2021-07-20 quant-ph
Causal order as a resource for quantum communication
在沟通理论中，通常假设相关各方按照固定的因果顺序执行行动。然而，实际的和根本的原因可能导致因果顺序的不确定性。在这里，我们表明，在因果顺序的最大不确定性禁止渐近量子通信，同时仍然使经典信息的噪声传输。因此，因果秩序，就像共享纠缠一样，是一种额外的交流资源。结果是制定在一个渐进的设置过程中没有固定的因果顺序，这为一般的量子因果结构的量子信息理论的基础。
2019-01-26 quant-ph
Quantum theory cannot violate a causal inequality
在量子理论中，我们可以创造不同因果顺序事件的叠加，并观察它们之间的干涉。这就提出了一个问题，即量子理论是否能够产生任何经典因果模型都无法复制的结果，从而违反因果不等式。这将是贝尔不等式违反的时间模拟，它证明了没有局部隐变量模型可以复制量子结果。然而，与非定域性的情况下，我们表明，量子实验\emph{can}模拟的经典因果模型，因此不能违反因果不等式。
2021-10-05 quant-ph
Reassessing the advantage of indefinite causal orders for quantum metrology
本研究提出一个基于量子Fisher信息的公平比较框架，重新评估了非定域因果序在量子计量学中的优势，发现具有因果序量子控制的量子电路在多项任务中严格优于定域因果序策略。
2024-05-01 quant-ph
Quantifying Causal Influence in Quantum Mechanics
我们将Pearl的因果影响的定义扩展到量子域，其中两个量子系统$A$，$B$与有限维希尔伯特空间嵌入在一个共同的环境$C$中，并与联合酉$U$一起传播.对于$C$的有限维Hilbert空间，我们找到了$U$上$A$对$B$有因果影响的充要条件，反之亦然.我们引入了一个易于计算的因果影响的措施，并使用它来研究因果影响的不同量子门，它的相互性，和量子叠加的不同因果顺序。对于两个二能级原子与热浴电磁波的偶极相互作用，因果影响的时空依赖性几乎完美地再现了量子纠缠的时空依赖性。
2022-04-04 quant-ph
Causality and probabilistic interpretation of quantum mechanics
结果表明，量子力学的概率处理可以与所有物理过程的因果关系相协调。给出了测量过程和量子态坍缩等量子力学现象的物理解释。
2000-01-18 quant-ph
Quantum superpositions of causal orders as an operational resource
因果不可分离性是指事件发生在不同因果顺序的连贯叠加中的过程。这些可能是实验违反因果不等式的关键资源，最近已被确定为具体的信息理论任务的资源。在这里，我们向前迈出了一步，推导出一个完整的操作框架因果不可分离性作为一种资源。我们的第一个贡献是因果序的量子控制的正式定义，因果不可分离性的一种更强的形式（著名的量子开关作为最著名的例子），其中目标系统的事件的因果序由控制系统相干控制。然后，我们建立了一个资源理论-通用因果不可分离性和因果顺序的量子控制-与物理动机类的自由操作，基于过程矩阵级联。我们提出的框架明确的心态与控制寄存器。然而，我们的机制是通用的，也适用于单独使用目标寄存器的情况。此外，一个重要的子类，我们的操作不仅是免费的因果不可分离性和量子控制的因果顺序，但也保留了因果过程的因果结构。因此，作为一个内置特征，我们的处理也包含量子因果网络资源理论的基础。作为应用，首先，我们建立了纯过程自由可兑换的充分条件。这强加了一个因果顺序的量子控制层次，量子开关位于顶部。其次，我们证明了因果不可分蒸馏的存在，即我们展示了如何将具有任意小因果不可分性的过程的多个副本转换为量子开关的更少副本。我们的研究结果揭示了概念上新的，意想不到的现象，具有根本和实际意义。
2019-03-14 quant-ph
Semi-Device-Independent Certification of Causal Nonseparability with Trusted Quantum Inputs
虽然量子理论的标准表述假设了一个固定的背景因果结构，但人们可以在所谓的过程矩阵框架内放松这一假设。值得注意的是，有些过程，被称为因果不可分离的，是不符合一个明确的因果顺序。我们探索了一种形式的因果不可分离性的认证在一个半设备独立的情况下，有关各方收到可信的量子输入，但其操作，否则uncharacterized。定义因果不可分的分布测量的概念，我们表明，某些因果不可分的过程，不能违反任何因果不等式，包括量子开关的典型例子，可以产生非因果相关在这样的情况下。此外，通过对不可信操作施加一些进一步的自然结构，我们证明了所有的二分因果不可分过程矩阵都可以用可信量子输入进行认证。
2022-08-26 quant-ph
A causal derivation of the algebraic approach to quantum systems
针对量子系统代数表示假设面临的反例难题，提出基于幺正动力学因果结构的量子系统因果观点，推导证明其对应唯一von Neumann代数，拓展定义经典量子系统并对应交换von Neumann代数，完成代数方法的因果推导。
2025-08-01 quant-ph
Correlation Measure Equivalence in Dynamic Causal Structures of Quantum Gravity
证明了因果无偏量子引力空间与因果有偏标准空间的关联测度函数之间的等价变换。量子引力理论融合了广义相对论的动态（非固定）因果结构和量子力学的量子不确定性。在量子引力空间中，事件是因果不可分的，所有的时间偏差都为零，这使得标准的因果偏差熵和相关测度函数无法使用。由于校正的因果无偏熵函数导致一个未定义的，模糊的数学结构，在我们的方法中，校正是在因果无偏空间的数据表示。在这里，我们证明了标准的因果偏差熵函数与数据校正可以用来识别动态因果结构中的相关性。作为推论，因果有偏相关测度函数的所有数学性质都保持在因果无偏空间中。等价变换使我们能够测量量子引力空间中的相关性，具有量子香农理论的因果偏置函数的稳定的、定义明确的数学背景和装置。
2020-03-11 cs.IT gr-qc hep-th
Efficient Distinction between Quantum Direct and Common Causes and its Experimental Verification
识别两个统计相关事件之间的因果结构已经在许多科学领域得到了广泛的研究。虽然一些研究得很好的经典方法被仔细地推广到某些情况下的量子因果推理，但仍然缺乏一种有效和高效的方法来检测更一般的量子因果结构。在这里，我们引入了一个名为“因果决定子”的量来有效地识别两个量子系统之间的量子因果结构，并通过实验验证了该方法的有效性。根据因果行列式，任意幺正算符所加的量子直接因可以与量子公共因完美区分，在量子公共因中两个量子系统共享一个联合的量子态。此外，因果决定因素有能力区分更一般的因果结构，并预测其参数的范围。我们的方法检测更一般的量子因果结构的能力可以为量子因果推理领域带来新的启发。
2022-03-05 quant-ph
Perfect discrimination of no-signalling channels via quantum superposition of causal structures
在Alice和Bob的实验室中，一个转换量子系统的无信号通道与两种不同的因果结构兼容：（A < B）Alice的输出因果地先于Bob的输入，（B< A）Bob的输出因果地先于Alice的输入。我表明，在这两个因果结构的电路工作的量子叠加，使无信号通道，不能完全区分任何普通电路之间的完美的歧视。
2012-11-27 quant-ph
Quantum causal models via QBism: the short version
本文是对同伴论文“通过量子贝叶斯主义的量子因果模型”[arXiv：1806.00895]中提出的主要思想的简要总结。我提出了一个量子因果模型的定义，最小的背景和理由，只专注于其基本的物理性质。数学结构和定义作为附录提供。我讨论了可能的物理意义的事实，该模型是对称的因果反演。
2018-07-10 quant-ph
Causally neutral quantum physics
在解释量子引力效应的基础理论中，时空因果结构被认为是量子不确定的。以往的量子因果结构研究主要集中在有限维系统上。在这里，我们提出了一个代数框架，包括量子场的有限维和无限维系统。由于没有明确的时空因果结构，拉格朗日量子场论可以在具有点识别结构的时空量子叠加上进行研究。
2019-02-15 hep-th quant-ph
Is There Causation in Fundamental Physics? New Insights from Process Matrices and Quantum Causal Modelling
在这篇文章中，我们开始理解过程矩阵形式主义和量子因果建模方案的重要性，这些方案是关于因果关系在基础物理学中的作用的持续争论。我们认为，过程矩阵程序已经正确地确定了一个概念的“因果顺序”在基础物理学中起着重要的作用，但这个概念是弱于常识的因果关系的概念，因为它不涉及不对称。我们认为，因果顺序起着重要的作用，接地更熟悉的因果现象。然后，我们将这些结论应用于量子基础中的因果建模程序，认为由于无信号量子相关性不能表现出因果顺序，因此不应该使用经典因果模型进行分析。这解决了一个悬而未决的问题，如何解释微调在经典的因果模型的无信号相关性。最后，我们观察到，因果建模的量子泛化可以发挥类似的功能作用，标准的因果推理，但我们强调，这种功能特性并不意味着量子因果模型提供了新的量子过程的解释。
2022-08-04 physics.hist-ph quant-ph
Quantum Causal Influence
我们引入一个框架来研究量子多体系统中时间和因果结构的出现。在此过程中，我们考虑编码时空动力学的量子态，并开发信息理论工具来提取假定的时空子系统之间的因果关系。我们的分析揭示了热力学时间箭头的量子概括，并开始探索时空出现中纠缠、混乱和量子纠错的作用。例如，奇异的因果关系可能是由于时空中动态诱导的量子纠错而产生的：过去可能存在一个空间区域，它不会对未来的任何小空间区域产生因果影响，但它会对未来几个小空间区域的联合产生因果影响。我们提供了量子因果影响的例子在哈密顿演化，量子纠错码，量子隐形传态，全息张量网络，最终状态投影模型的黑洞，和许多其他系统。我们发现，量子因果关系的影响提供了一个统一的观点，在这些看似不同的设置时空相关性。此外，我们证明了各种一般结构的结果，并讨论了量子因果影响的时空量子熵的关系。
2019-11-22 hep-th quant-ph
Quantum objects as elementary units of causality and locality
作者试图构建一个包括量子场论（QFT）的量子理论（QT）的局部因果模型，结果发现“量子对象”是因果性和局部性的基本单位。量子物体是粒子（包括单个粒子）的集合，其集体动力学和测量结果只能由QT和QFT定律描述。如果局域性被理解为空间点局域性，那么量子物体内部动力学的局域因果模型是不可能的。在量子对象中，状态转换可能会发生，这会立即影响整个量子对象。量子对象作为因果性和定域性的基本单位的识别对于量子对象的因果模型有两个主要含义：（1）量子对象以基于其局部固有时间的系统状态更新频率自主运行，并且对外部参数没有依赖性或依赖性最小。(2)描述全局（但相对论性）相互关系的物理定律必须转化为量子物体之间相互作用以及量子物体与空间之间相互作用的因果模型。
2016-09-04 physics.gen-ph quant-ph
From Causal Representation of Multiloop Scattering Amplitudes to Quantum Computing
概述了量子算法的应用，用于识别因果奇异配置的多圈费曼图。量子算法在两个不同的量子模拟器中实现，所获得的输出被直接转换为因果阈值所需的因果表示在循环树对偶。
2022-01-12 hep-ph hep-th quant-ph
Quantum Entropic Causal Inference
因果推理中的一类问题，即试图从观察数据中分离出因果相关性，即使没有干预措施，也已经成为机器学习、神经科学和社会科学的前沿。随着新的大规模量子系统上线，它开启了一个有趣的问题，即量子框架是否存在于隔离因果相关性而不对量子系统进行任何干预。我们提出了一个利用熵原理融合量子信息科学和因果推理的理论框架。在我们的方法的根本是命题，真正的因果方向最小化的非局部隐变量理论中的外生变量的熵。所提出的框架使用量子因果结构方程模型来建立两个领域之间的联系：熵因果推理和量子边际问题。首先，受几何量子不和谐定义的启发，我们填补了经典和量子条件密度矩阵之间的空白，定义了量子因果模型。随后，使用贪婪的方法，我们开发了一个可扩展的算法量子熵因果推理统一的经典和量子因果关系的原则性的方式。我们将我们提出的算法应用到实验相关的场景中，识别从纠缠态开始受噪声影响的子系统。这种对合成量子数据集的成功推断可以在识别未来多节点量子网络上恶意活动的发起者以及量子纠错方面具有实际应用。随着量子数据集和系统复杂性的增长，我们的框架可以在将观测因果推理从经典领域带到量子领域方面发挥基础性作用。
2021-10-29 cs.ET cs.IT math.IT
