Giving Operational Meaning to the Superposition of Causal Orders
在这项工作中，我们严格的操作意义的因果顺序的叠加。这符合最近的一项努力，即理解量子理论的标准操作视角如何扩展到包括不确定的因果关系。主流观点，即“过程矩阵”，采取自上而下的方法来解决这个问题，考虑所有与局部量子实验兼容的因果相关性。相反，我们追求一个自下而上的方法，调查如何出现的概念不确定性的具体特征的通用操作理论。具体来说，我们钉下的操作现象学的概念，非经典的（如“相干”）控制，然后我们用它来形式化的理论独立的概念控制（如“叠加”）的因果顺序。为了验证我们的框架，我们展示了如何突出的例子，从文献中可以捕捉到我们的框架。
2021-09-06 cs.LO quant-ph
Indefinite Causal Orders from Superpositions in Time
将事件的时间视为量子变量，我们导出了一个方案，其中时间上的叠加被用来在不确定的因果顺序中执行操作。我们使用最近开发的时空对称的事件形式主义的一些方面。我们提出了一个具体的实现方案，并恢复量子纠缠，其中量子操作是在一个与控制量子比特的状态纠缠的顺序进行。我们的方案不依赖于任何奇异的量子引力效应，而是依赖于自然模糊的现象，如激发原子的衰变。
2021-12-23 quant-ph
Quantum superposition of causal structures as a universal resource for local implementation of nonlocal quantum operations
空间分离限制了分布式多体量子系统上局部可实现的量子操作的集合。我们提出，由于不同时空几何的量子叠加而产生的不确定因果结构可以作为一个独立的通用资源，用于在空间分布的量子系统上局部实现任何量子操作。因此，所有不能通过局部操作和经典通信（LOCC）实现的量子任务也都变得局部可实现。我们表明，利用不确定的因果结构作为唯一的资源，它是可能的完美的心灵传输状态的一个代理的子系统到其他远程实验室，在这样一种方式，代理在远程实验室可以访问整个最初共享的状态在他或她的实验室，并可以执行任何全球量子操作的联合状态本地。我们进一步发现，在隐形传态过程之后，时空的资源--不确定的因果结构并没有被消耗。因此，在实现所需的量子操作之后，第一代理的子系统的状态可以使用相同的资源被传送回其先前的实验室。我们表明，这种双向隐形传态并不总是必要的本地执行所有非本地量子任务，是无法实现的LOCC只。在不调用任何形式的隐形传态，我们提出了一个协议，利用不确定的因果结构作为唯一的资源，完美的本地歧视的一组四个贝尔状态。作为直接的结果，我们提出了一些更多的例子，这样的非本地任务的本地歧视的一组状态表现出“量子非局域性无纠缠”和激活的束缚纠缠态，也可以通过我们提出的协议，将不确定的因果结构作为一种资源。
2023-02-20 gr-qc quant-ph
Experimental transmission of quantum information using a superposition of causal orders
网络中的通信通常通过由通信信道连接的一系列中间节点来进行。在标准的通信理论中，假设通信网络嵌入在经典时空中，其中不同节点的相对顺序是明确定义的。原则上，时空的量子理论可以允许发送者和接收者之间的中间点的顺序处于相干叠加中。在这里，我们通过实验实现了这种奇异的可能性在光子系统上的桌面模拟，展示了量子信息在两个噪声通道上的高保真传输，这两个噪声通道排列在两个可选的因果顺序的叠加上。
2020-01-19 quant-ph
Generation of quantum entanglement in superposed diamond spacetime
该研究提出因果钻石时空叠加框架，首次推导叠加时空中狄拉克场的Unruh-钻石真空态解析表达式，发现时空叠加可产生额外纠缠资源，为量子信息处理提供新途径。
2024-12-31 gr-qc quant-ph
Superposition of causal order enables perfect quantum teleportation with very noisy singlets
本文提出将量子开关与标准量子隐形传态协议结合，利用因果序的叠加显著提升含噪资源态下的保真度，使在极大噪声下仍能超越经典阈值甚至实现完美隐形传态，并推广至多路径场景。
2019-01-22 quant-ph
Indefinite causal order and quantum coordinates
本研究提出因果序的相对论性可观测量定义，证明光学量子开关与引力量子开关的不定因果序无本质区别，支持光学实现是不定因果序的真实实现。
2025-10-22 gr-qc quant-ph
Quantum walks under superposition of causal order
本文研究量子行走在“量子开关”作用下出现因果顺序叠加的条件，证明只有周期性或含无序的量子行走满足该条件，并通过两周期离散时间量子行走揭示因果不对称性及非马尔可夫动力学特征。
2025-03-09 math-ph math.MP quant-ph
Using adaptiveness and causal superpositions against noise in quantum metrology
本文推导了最一般自适应量子计量场景下的新精度界限，证明其渐近等价于并行方案，并解决长期猜想，同时表明因果叠加策略无渐近优势。
2023-01-10 quant-ph
Quantum Causal Graph Dynamics
考虑一个图，每个节点上都有量子系统。假设整个事物按照一个整体的、酉的因果算子以离散的时间步长演化。因果关系的意思是信息只能以有限的速度传播，相对于图中给出的距离。假设，此外，图形本身是受演化，并可能被驱动到一个量子叠加的图形-根据叠加原理。我们表明，这些单一的因果运营商必须分解为一个有限深度的电路的地方酉门。这统一了量子细胞自动机的结果与另一个可逆因果图动力学。一路上，我们形式化的因果关系的概念，这是有效的时变图的量子叠加的上下文中，并具有一些良好的性能。保留字：量子格子气自动机，块表示，柯蒂斯-赫德伦-林登，无信号，局部化，量子引力，量子图形，因果动态三角剖分，自旋网络，动态网络，图形重写。
2017-06-02 cs.DM gr-qc quant-ph
Classical Communications with Indefinite Causal Order for $N$ completely depolarizing channels
如果将完全去极化信道的两个相同副本置于其可能的因果顺序的叠加中，则它们可以传输非零经典信息。在这里，我们研究如何以及我们可以传输经典的信息与$N$去极化信道放在叠加的$M$因果顺序通过量子纠缠。如果叠加只使用通道的循环排列，我们计算了Holevo量，发现它随着$M$而增加，并且与$N$无关。对于一个量子位，如果我们增加$M$，它永远不会达到$1$。另一方面，经典容量随着消息系统的维数$d$而减小。进一步，对于$N=3$和$N=4$，我们研究了循环置换子群所产生的不同陪集的所有因果序的叠加和一致叠加因果序.
2021-04-28 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
Superposition of causal order as a metrological resource for quantum thermometry
我们提出了一种新的方法，量子位测温使用量子开关，引入了一个不确定的因果顺序的探针浴相互作用，显着提高测温精度。与先前研究的最佳量子位探针相比，所得到的量子位探针在低温和高温下都显示出更高的精度。它甚至比谐振子探针的性能更好，尽管它只有两个能级，而不是像谐振子那样有无限多个能级。因此，我们明确地表明，量子资源，如量子开关，可以显着改善平衡测温。我们还导出了一种新的形式的热力学不确定性关系，更紧密，并依赖于能隙的探头。目前的工作可能铺平了道路，使用不确定的因果顺序作为一个可追溯的资源。
2018-12-18 quant-ph
Thermodynamic advancement in the causally inseparable occurrence of thermal maps
量子力学允许事件的发生没有任何明确的因果顺序。在这里，它示出了两个不同的热通道的因果不可分割的顺序中的应用程序可以提高潜在的提取工作，相反，他们的任何明确的（可分离的）顺序的组合物。这种增强也是可能的，即使没有分配任何热力学资源值的控制量子位。此外，我们提供了第一个非平凡的例子因果增强与非单位针映射，它仍然不清楚如何获得路径结构的叠加（在明确的因果顺序）。因此，它可能是一个潜在的候选人，以强调时间叠加和路径叠加之间的差异。
2020-03-03 quant-ph
Witnessing superpositions of causal orders before the process is completed
本研究建立双态矢量形式与伪密度算符的关联，提出单时间伪态概念，证明可通过弱测量本征谱在过程完成前区分预选-后选系统因果序的相干与非相干叠加，并探讨了光子学实验实现方案。
2024-06-20 quant-ph
Knot invariants and indefinite causal order
该研究针对叠加准经典时空中的事件不定因果序问题，提出新量化指标，借助图示与纽结理论表示发现因果序的确定性/最大不定性为拓扑不变量，还给出操作编码并探讨纳入量子相干性度量的方法，搭建了量子因果与纽结理论的关联。
2025-10-01 gr-qc hep-th quant-ph
Channel capacity enhancement with indefinite causal order
信道的经典通信容量可以通过称为“量子开关”的设备或通过将信道置于量子叠加中来增强。这两种情况下的收益虽然不同，但都源于量子资源的使用，但这是同一种资源吗？在这里，这个问题是通过模拟大量的随机信道来探讨的。我们发现，量子叠加总是提供一个优势，而量子开关没有：它可以增加或减少通信容量。这种差异的起源可以归因于叠加性和非交换性的微妙结合。
2019-10-31 quant-ph
Quantifying Superpositions Between Quantum Evolutions
量子力学允许物质的不同状态之间的相干叠加。这种性质是量子系统中发生的主要非经典现象的原因。除了态之外，量子演化之间也可能存在相干叠加。我们在这里描述这样的叠加。资源理论框架的发展，以量化叠加存在于任意量子演化。除了表征之外，该框架还将叠加视为量子资源。这个资源可以被用来执行某些量子任务，否则是不可能的。我们确定了最大的资源丰富的演变，并展示了如何使这些可以实现任意的量子操作和超级操作。我们还讨论了叠加的作用，表现出非经典的行为存在于进化中，例如，a-因果关系，时间贝尔相关性，和不确定的时间和因果顺序。
2019-09-01 quant-ph
Quantum communication in a superposition of causal orders
量子力学允许两个过程之间的相对顺序与量子自由度纠缠的情况。在这里，我们表明，这种纠缠可以提高能力，传输量子信息在嘈杂的通信信道。我们考虑两个完全退相的通道，在正常情况下，这是无法传输任何量子信息。我们证明了，当两个通道以不确定的顺序遍历时，通过它们发送的量子比特有25%的概率到达接收器而没有任何错误。对于部分退相信道，确定性地发生类似的优点：可以通过两个信道以阶的叠加传播的量子信息的量可以大于可以单独通过每个信道传播的量子信息的量。
2018-09-19 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum causality relations and the emergence of reality from coherent superpositions
希尔伯特空间形式主义将因果关系描述为初始实验条件和最终测量结果之间的统计关系，由代表这些条件的状态向量的内积表示。因果关系的这种表述与因果关系应该用中间现实的连续性来表达的经典观念存在根本冲突。量子力学基本上用相敏叠加取代了现实的这种连续性，所有这些都需要干涉，以便为可观察的输入-输出关系产生正确的条件概率。在这篇文章中，我研究了实在的经典概念和量子叠加之间的关系，通过确定条件下的中间状态可以有真正的外部影响，作为插入到内积的测量运营商表示。它表明，经典的现实出现在宏观层面上，测量分辨率的相关限制是由经典解决方案周围的行动的方差。因此，我们可以证明，关于客观实在的经典概念只出现在宏观层面上，在宏观层面上，由于缺乏足够强的中间相互作用，观测被限制在低分辨率上。这一结果表明，因果关系对物理学来说比客观现实的概念更重要，这意味着量子物理学和经典物理学之间的明显矛盾可以通过仔细区分可观察的因果关系和“存在”的不可观察的假设现实序列来解决。
2020-05-11 physics.hist-ph quant-ph
Entanglement Distribution and Quantum Teleportation in Higher Dimension over the Superposition of Causal Orders of Quantum Channels
可以探索多个光子自由度以产生高维量子态;通常被称为“qudits”。Qudits为量子通信提供了几个优点，包括更高的信息容量，噪声弹性和数据吞吐量，以及与传统的基于量子比特的通信系统相比，在不同传播介质（自由空间，光纤，水下）上的更低信息损失。然而，由于量子点在传输和检测上的困难，在文献中很少被利用。本文首次提出并建立了通过量子纠缠分布在两个因果序叠加的量子信道上传输经典信息的理论框架。我们第一次设计了2-qudit系统的量子开关操作，并建立了通过量子开关进行qudit纠缠分配的理论系统模型。结果表明，量子纠缠分布提供了相当大的增益保真度，即使在噪声的增加。
2023-03-19 cs.SY eess.SY quant-ph
Indefinite causal order enables perfect quantum communication with zero capacity channels
量子力学与两个事件之间的相对顺序可以是不确定的情况是兼容的。在这里，我们表明，噪声过程的两个独立的实例可以表现为一个完美的量子通信信道时，在两个替代订单的相干叠加使用。即使原始过程传输量子信息的能力为零，这种现象也会发生。与此相反，当信息直接从发送者通过不同路径的叠加发送到接收者，每条路径上都有独立的噪声过程时，就不会发生完美的量子通信。通过独立的噪声信道进行完美量子通信的可能性突出了时间上的顺序叠加和空间上的路径叠加之间的根本区别。
2022-09-05 quant-ph
Quantum and Classical Data Transmission through Completely Depolarising Channels in a Superposition of Cyclic Orders
完全去极化通道通常被认为是对通信无用的物理过程的原型：任何沿着明确定义的轨迹通过它们的信息都被完全删除。当两个这样的通道用于两个交替阶的量子叠加时，它们能够传输一定量的经典信息，但仍然没有量子信息可以通过它们。在这里，我们表明，将N个完全去极化的通道叠加在N个替代的因果顺序的能力，使高保真度，预示着量子信息的传输与误差消失为1/N。这种现象突出了与N = 2情况的根本区别，在这种情况下，完全去极化的通道无法传输量子数据，即使放置在因果顺序的叠加中。将量子信道放置在阶的叠加中的能力也导致经典通信容量随N的增加，我们通过推导精确的单字母表达式严格证明了这一点。我们的研究结果突出了多个因果顺序产生的更复杂的相关模式，这类似于多体量子系统中产生的更复杂的纠缠模式。
2021-10-07 quant-ph
Causal Boxes: Quantum Information-Processing Systems Closed under Composition
复杂的信息处理系统，例如量子线路、密码协议或多人游戏，自然被描述为由更基本的信息处理系统组成的网络。这种系统的模块化分析需要在组成下封闭的系统的数学模型，即，这些对象的网络也是相同类型的对象。我们提出了这样一个模型，并呼吁相应的系统因果盒。因果框捕捉因果结构的叠加，例如，由因果盒A发送的消息可以是不同顺序的叠加，或者是发送到盒B和盒C的叠加。此外，因果盒可以模拟行为依赖于时间的系统。通过实例化的抽象密码框架与因果盒，我们得到了第一个可组合的安全框架，可以处理任意的量子协议和相对论协议。
2017-03-21 cs.CR quant-ph
Simulating indefinite causal order with Rindler observers
不确定因果序（ICO）的实现，一种理论上的可能性，即使是物理事件之间的因果关系可以受到量子叠加，除了其对基础物理学研究的一般意义，也将使量子信息处理，优于协议，其中潜在的因果结构是明确的。在本文中，我们从一个命题开始，一个观察者在量子叠加态是在两个不同的相对距离的事件视界的黑洞，有效地居住在ICO时空产生的黑洞。利用Schwarzschild黑洞的近视界几何是Rindler时空的近视界几何这一事实，提出了一种在ICO时空中用具有两个不同本征加速度的叠加态的Rindler观测者来模拟观测者的方法.通过扩展，一对具有纠缠的适当加速度的Rindler观测器模拟了一对纠缠的ICO观测器。此外，这些林德勒系统可能有一个合理的实验实现的光学机械谐振器。
2021-01-31 quant-ph
Quantum Metrology with Coherent Superposition of Two Different Coded Channels
研究了两个不同编码通道相干叠加在量子精密测量中的优越性。在连续变量系统中，我们证明了在没有不定因果序的帮助下，相干叠加可以击败海森堡极限$1/N$。在参数估计中，我们证明了相干叠加策略比量子\textsc{switch}策略有更好的性能，因为量子\textsc{switch}可以产生不确定的因果顺序。分析得到了基于量子费舍尔信息的估计精度的一般形式，并进一步证明了非线性哈密顿量可以提高估计精度，使测量不确定度标度为$m\geq2$的$1/N^m$。我们的研究结果有助于构造一种高精度的测量装置，用于耦合强度的检测、时间膨胀的检验和正则对易关系的修正。
2020-12-03 quant-ph
Observer-dependent locality of quantum events
在广义相对论中，事件之间的因果结构是动态的，但它是确定的和独立的;事件是点状的，事件A在事件B的未来或过去光锥中的成员关系是独立的陈述。然而，当事件相对于量子系统被定义时，没有什么能保证A和B之间的因果关系是确定的。我们建议关联一个因果参考系对应于每个事件，这可以被解释为一个依赖于时间的观察者描述量子系统的演化。在一个事件的因果参考系中，这个特定的事件总是局部化的，但其他事件可以在未来和过去被“涂抹”。我们不强加一个预定义的因果顺序之间的事件，但只需要从不同的参考系的描述服从一个全局一致性条件。我们表明，我们的新形式主义是等价的纯过程矩阵形式主义。后者是已知的预测某些多方的相关性，这是不相容的假设的因果顺序的事件-这些相关性违反因果不等式。我们展示了如何因果参考系描述可以用来深入了解在实验室实验中的这种强烈的非因果过程的可实现性的问题。作为另一个应用，我们使用因果参考系来重新审视一个思想实验，在这个实验中，由于一个大质量物体在一个量子叠加的位置上引起的引力时间膨胀导致了两个事件因果顺序的叠加。
2020-07-10 gr-qc quant-ph
Analogue gravity simulation of superpositions of spacetimes
将量子力学的原理应用于引力，可以得出这样的结论：人们也许能够产生时空的叠加，至少在形式上是这样。我们从模拟重力的角度分析了这种可能性。我们提出了一个类似的玩具模型，包括一个玻色-爱因斯坦凝聚体在双阱势和识别的状态，可以潜在地被解释为叠加的有效时空。这些状态是不稳定的，从微观角度来看，不稳定的来源可能与有效几何描述中缺乏明确的因果结构有关。我们探讨了这些不稳定性的后果，并认为他们共鸣彭罗斯的想法，衰变的叠加态与足够不同的引力场相关联的经验。
2022-09-05 gr-qc quant-ph
Experimental demonstration of genuine quantum information transmission through completely depolarizing channels in a superposition of cyclic orders
本研究通过可编程硅基光子芯片实验演示了利用循环序叠加的不定因果序，在完全退极化信道中实现真正量子信息传输，保真度显著超过经典阈值，为高噪声环境下的量子通信提供了新途径。
2025-10-08 quant-ph
Causality in a qubit-based quantum switch
我们介绍了一个基于量子位的版本的量子开关，包括在一个变化的费米问题。两个量子位开始于叠加态，其中一个量子位被激发，另一个处于基态，但未定义哪个是激发的量子位。然后，一段时间后，如果检测到光子，我们知道它必须经历一个原子的发射，然后另一个原子的吸收和再发射，但是两个量子比特的发射事件的顺序是不确定的。虽然我们很容易把这种情况称为因果关系不确定或因果顺序叠加的情况，但我们仍然证明了因果关系的精确概念：当时间足够短以防止光子交换时，每个原子的激发概率完全独立于另一个原子。
2022-05-09 quant-ph
Unruh-deWitt detectors in quantum superpositions of trajectories
Unruh-deWitt探测器被广泛用作量子粒子、纠缠和时空曲率的探测器。在这里，我们扩展了一个Unruh-deWitt检测器与无质量，标量场相互作用的标准治疗，包括检测器在量子叠加的经典轨迹。我们推导出微扰表达式的检测器的最终状态，并表明，它取决于场关联函数评估本地沿个别轨迹，以及非本地之间的叠加轨迹。通过将我们的一般方法应用于在两个均匀加速的轨迹的叠加中行进的探测器，包括具有相等和不同的适当加速度的那些，我们发现了发射和吸收光谱中的新的干涉效应。这些影响可以追溯到叠加轨迹之间的因果关系。最后，我们表明，在一般情况下，这样的检测器不热化，即使叠加的路径将单独产生相同的热状态。
2023-03-10 gr-qc quant-ph
A note on superposition of two unknown states using Deutsch CTC model
在最近的工作中，作者证明了另一个不可行定理，该定理禁止存在产生两个未知量子态叠加的通用概率量子协议。在这篇短文中，我们证明了在封闭的类时曲线存在的情况下，人们确实可以创造未知量子态的叠加，并避免不通过的结果。
2016-09-05 gr-qc quant-ph
Path superposition activating perfect quantum teleportation ability for separable states
Harish-Chandra Research Institute（哈里什-钱德拉研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
本文证明，通过路径叠加，即使共享可分离态（包括纯乘积态），也能以1/4概率实现单位保真度的量子隐形传态，而因果序叠加则无此优势，并揭示控制量子比特的量子相干性是必要且充分的。
2026-06-15 quant-ph
Quantum Walks with Indefinite Causal Order
在所有现有的量子行走模型中，关于预先存在的固定背景因果结构的假设总是被认为是理所当然的。然而，在这项工作中，我们将摆脱这种默认的假设，特别是通过引入不确定的因果顺序的方式抛硬币和调查这一现代的情况。我们发现，一个理想的形状和快速蔓延的均匀分布，可以准备与我们的新模型。首先，我们将展示一个总是对称的瞬时分布如何出现在一个不确定的因果顺序量子行走中，然后为推导条件铺平了道路，这些条件使人们能够将一个演化态解释为它的确定因果顺序对应物的叠加，然而这通常是被禁止的。这种状态时间叠加的性质可以从两个过程的情形推广到任意多个$\mathcal{N}$过程的情形。最后，我们展示了一个真正的均匀分布出现从一个不确定的因果顺序量子行走。值得注意的是，除了理想的分布形状，我们的协议有另一个强大的优势，即空间传播的速度达到了理论极限，在传统的情况下，人们可能会遇到众所周知的问题的$1/\sqrt{2}$退化。
2022-02-14 quant-ph
Quantum time-flip beats adaptive metrology: Asymptotic benefit, activation, and unsimulability
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育与研究所）；Harish-Chandra Research Institute（哈里什-钱德拉研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Networked Quantum Devices Unit, Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学量子设备网络单元）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
该研究提出不确定时间方向计量学（ITDM），证明量子时间翻转辅助协议可突破渐近极限，在泡利噪声信道下达海森堡标度，且其超映射无法被常规量子电路模拟，确立不确定时间方向为量子计量学资源。
2026-09-02 quant-ph
Macroscopic Superposition States in Isolated Quantum Systems
对于任何初始状态的选择和关于哈密顿量的弱假设，经历薛定谔演化的大型孤立量子系统大部分时间都处于宏观叠加态。这个结果是由冯·诺依曼在1929年提出的量子遍历定理得出的。作为一个具体的例子，我们考虑一个盒子包含一个固体球和一些气体分子。无论初始状态如何，系统都会演化成一个量子叠加态，球在宏观上处于不同的位置。因此，尽管宏观叠加态看起来很脆弱，但它们是量子演化的普遍结果。我们讨论了量子力学与多个世界的联系。
2021-06-03 gr-qc quant-ph
Signatures of causality and determinism in a quantum theory of events
通过将事件表示为与系统相互作用的检测器-定时器耦合的联合状态，我们恢复了用于描述空间分离系统的熟悉的张量积结构，在类时事件的背景下。此外，通过这种方法，我们将叠加原理扩展到事件发生的时刻。然后，我们概述了量子签名的因果关系，表现通过相干的检测器状态和关联函数的时间运营商。最后，我们扩展的范围量子信息理论措施的状态歧视和信息内容，通常用于表征空间分离的系统，在时空中的事件。对于因果连接的事件，我们说明了事件之间的确定性关系（类似于空间纠缠的物理系统），其中观察先前的事件（一个子系统），使我们能够描绘出后来的事件（另一个子系统）。
2022-03-01 gr-qc quant-ph
Quantum uncertainty of gravitational field and entanglement in superposed massive particles
本研究探讨了电磁/引力势引起的粒子状态纠缠与量子不确定性、因果性及互补性的关系，数值分析表明场的量子不确定性引发的真空涨落会在满足因果性时禁止粒子纠缠，从而保证互补性成立。
2023-11-28 gr-qc hep-th 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
Ordering the processes with indefinite causal order
本文给出了一种用确定的因果序来描述具有不定因果序的过程的方法。我们通过根据控制量子比特的测量基础重新标记电路中发生的过程来做到这一点。因果不可分离性是以作用过程的非局部性为代价来减轻的。这一结果凸显了叠加在创造ICO悖论中的关键作用。我们还提请注意的问题越来越不兼容的语言在其目前的形式（特别是它体现的逻辑结构）与量子逻辑。
2022-03-03 quant-ph
Dynamics of quantum causal structures
最近有人提出，因果结构既是动态的，因为广义相对论，又是不确定的，因为量子理论。过程矩阵形式主义为量子力学在不确定的因果结构上建立了一个框架，其中局部实验室的操作之间的顺序是不确定的（例如，人们不能说实验室A中的操作是发生在实验室B中的操作之前还是之后）。在这里，我们开发了一个框架的“因果结构的动态”，即过程矩阵转化为过程矩阵。我们表明，在连续的和可逆的变换，操作之间的因果顺序始终保持。然而，操作子集之间的因果顺序可以在连续但不可逆的变换下改变。一个明确的例子是量子开关，其中过去的一方影响未来各方操作的因果顺序，导致从A到B的通道通过因果顺序的叠加过渡到从B到A的通道。我们概括我们的框架，以构建一个层次的量子映射的基础上变换的过程矩阵和变换。
2018-03-26 gr-qc 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
An exploration of the limits of control using quantum superpositions
非正交态之间的量子干涉是两个态所代表的非对易物理性质的联合实现的最佳近似。正如我最近所展示的，这种干涉可以用来证明量子物理在小作用量的极限上偏离了经典因果关系。在这里，我指出这个证明构成了最小作用量原理的失败，并考虑了我们对基础物理学的理解可能产生的影响。
2018-05-31 quant-ph
Maximum and minimum causal effects of physical processes
引入最大和最小因果效应测度量化量子过程的因果强度，证明其满足对偶与单配性关系，并应用于检测信道容量和保证量子信息可恢复性。
2025-04-30 quant-ph
Quantum switch instabilities with an open control
本文利用碰撞模型研究开放控制系统对量子开关中因果顺序干涉的影响，揭示环境不稳定性及其温度依赖性，并分析其对测量切换和制冷协议性能的制约。
2024-05-15 quant-ph
Parameter estimation via indefinite causal structures
量子费舍尔信息是用于给出量子信道的参数估计的最终精度界限的主要工具。在这项工作中，我们提出了解析表达式的量子费舍尔信息与三个噪声信道的情况下，信道的因果顺序的叠加。我们发现，量子费舍尔信息增加的因果顺序的数量增加某些组合。我们还表明，某些组合的因果顺序达到更高的精度比其他相同数量的因果顺序的界限。基于我们的研究结果，我们选择了因果顺序与三个通道的最佳组合，用于使用不确定因果结构的探测方案
2022-07-11 quant-ph
Enhanced communication with the assistance of indefinite causal order
在量子香农理论中，信息的编码和解码方式利用了量子力学的定律，而通信信道的互连方式被假定为经典的。在这封信中，我们放松了量子信道经典组合的假设，表明一个量子通信网络，其中量子信道以不同阶数的叠加组合，可以实现传统量子香农理论中不可能完成的任务。特别是，我们表明，完全去极化通道的两个相同的副本成为能够传输信息时，它们被组合在一个量子叠加的两个替代订单。这一发现与直觉背道而驰，如果两个沟通渠道是相同的，以不同的顺序使用它们应该不会有任何区别。这种直觉的失败源于这样一个事实，即单个噪声信道可以是基本的、非交换过程的随机混合，其顺序（或缺乏顺序）可以影响传输信息的能力。
2018-03-21 quant-ph
Communication through quantum-controlled noise
在最近的一系列作品中[Ebler等人，Phys. Rev. Lett. 120，120502（2018）; arXiv：1809.06655v2; arXiv：1810.10457v2]，已经提出因果顺序的量子叠加-量子开关-可以通过噪声信道提供经典和量子信道容量的增强，这种现象被称为“因果激活”。在本文中，我们试图澄清所谓的优势的性质，通过比较量子开关的一类过程，可以被解释为量子叠加的过程具有相同的因果顺序。我们表明，这些过程中的一些可以匹配，甚至优于量子开关在提高经典和量子信道的容量，并认为他们需要相同的资源作为开关。我们的结论与Abbott等人[arXiv：1810.09826v1]一致，即上述优势似乎归因于相干控制量子操作的能力，而不是不确定的因果顺序本身。
2019-06-21 quant-ph
Experimental superposition of time directions
本研究首次实验实现量子时间翻转操作，通过光子学实现将其应用于算子判别博弈，证实其可见证不定时间方向并带来优于固定时间方向及不定因果序策略的计算优势。
2024-05-14 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
Resource theories of communication
最近的一系列工作表明，将通信信道置于备选配置的相干叠加中可以提高它们传输信息的能力。这一现象的另一个优点是在替代因果顺序的叠加中使用通信设备所产生的优点，以及沿着替代轨迹的叠加传输信息所产生的优点。这些优势之间的关系一直是最近辩论的主题，一些作者声称，叠加的优势可以复制，甚至超越，其他形式的叠加。为了阐明这一争论，我们开发了一个一般框架的资源理论的沟通。在这个框架中，资源是通信设备，并且允许的操作是（a）通信方之间的通信设备的放置，以及（b）通信设备与各方实验室中的本地设备的连接。允许的操作需要满足最小条件，即它们不允许独立于表示初始资源的设备的通信。资源理论的分析表明，上述对因果序叠加的批评是基于不同类型的量子叠加之间的不平衡比较，表现出不同的操作特征。
2020-04-22 cs.IT math.IT quant-ph
Experimental Communication Through Superposition of Quantum Channels
该研究针对量子信道叠加的信息容量提升问题，对比去极化量子比特信道、叠加信道与qutrit信道的最大相干信息，发现扩展的qutrit信道描述本身即可解释容量提升，无需叠加效应。
2023-09-25 quant-ph
Impossibility of creating a superposition of unknown quantum states
叠加原理是量子理论的基础。然而，最近的一个不可行定理证明，量子理论禁止未知量子态的叠加，即使概率非零。然而，这一结果的含义迄今为止仍然知之甚少。在本文中，我们表明，存在一个协议，叠加两个未知的纯状态与非零概率（允许不同的输入状态）导致违反其他不去定理。特别是，这样的协议可以用来执行某些状态歧视和克隆任务，不仅在量子理论，但在无信号理论以及禁止。
2020-11-24 quant-ph
Memory in quantum processes with indefinite time direction and causal order
本研究探讨了具有不定时间方向和因果顺序的量子过程中的记忆效应，发现量子时间翻转和量子开关操作在特定条件下可基于迹距离度量产生非马尔可夫性，但基于纠缠度量则不能。
2024-07-22 quant-ph
