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
No-signaling, entanglement-breaking, and localizability in bipartite channels
二分量子信道表示系统之间的相互作用，通常允许交换信息。一种特殊的二分信道是无信令信道，它不允许通信。在文献[1]中，已经证明所有无信号信道都是纠缠破坏信道和可局部化信道的混合，它们只需要局部操作和纠缠。在这里，我们提供了一般的实现方案，给出了一个反例的猜想。
2010-07-20 quant-ph
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
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
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
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
Operational equivalence and causal structure
该研究以经典理论、EPR-Bell场景、Popescu-Rochlich盒为例，证明操作理论的本体论模型依赖于操作等价测量的选择及同时执行性，不同相容结构的理论在因果结构等方面存在差异。
2025-03-21 quant-ph
Time Symmetry in Operational Theories
标准的操作概率框架（我们可以在其中制定操作量子理论）是时间不对称的。这一点很清楚，因为允许操作的条件是时间不对称的。这很奇怪，因为Schoedinger方程是时间对称的，而概率论并不关心时间方向。在这项工作中，我们提供了一个时间对称的框架，一般的操作理论，特别是量子理论。标准操作量子理论的时间不对称性的最清晰的表达是确定性效应是唯一的-这意味着只有一种方法可以忽略未来-而确定性（即归一化）状态不是唯一的。在本文中，这种时间不对称性可以追溯到对运算理论最基本元素的时间不对称理解-即构建电路的运算（或框）。我们修改这允许操作具有经典收入以及这些操作的经典结果。我们建立了一个时间对称的操作框架的电路建成的操作。特别是，我们要求与电路相关的概率是相同的，无论我们在时间上向前计算还是向后计算。我们通过施加各种双重属性来做到这一点。在这些属性中，需要同一属性的向前和向后版本。在本文中，我们提供了一个新的因果关系的条件，我们称之为双重因果关系。
2021-03-31 gr-qc hep-th quant-ph
Operational quantum theory without predefined time
量子理论的标准公式假定了一个预先定义的时间概念。这是寻找引力的量子理论的主要障碍，在这种理论中，时空的因果结构被认为是动态的，基本上是概率性的。在这里，我们提出了一个广义的量子理论没有预定义的时间或因果结构，最近推出的操作时间对称的方法量子理论的基础上。其核心思想是一种新的同构之间的变换和状态，这取决于时间反演的对称变换。这使我们能够以一种具有清晰物理解释的时间中性形式来表达时间对称公式，并最终放弃时间假设。在由此产生的广义配方，操作与区域，可以连接在网络中没有方向性假设的连接，概括的标准电路框架和过程矩阵框架的操作没有全球因果顺序。给定区域中的可能事件由边界处希尔伯特空间上的半正定算子描述，而区域之间的连接由编码非平凡对称性的纠缠态描述，并且原则上可以测试。我们讨论了如何时空的因果结构可以理解为涌现的紧凑的时空区域的边界上的运营商的属性。该框架与不定因果序、类时循环和其他因果结构兼容。
2016-07-28 gr-qc quant-ph
Semi-device-independent certification of indefinite causal order
当根据量子理论的基本规则变换独立的量子操作对时，一个有趣的现象出现了：一些这样的高阶操作可能以不确定的因果顺序作用于输入操作。最近，过程矩阵的形式主义已经发展到研究这些高阶操作的非因果性质。这种形式主义预测，在原则上，统计数据，确保不确定的因果顺序，即使在一个设备独立的情况下，其中所涉及的操作没有特点。然而，迄今为止提出的所有物理实现的过程矩阵需要所涉及的操作的充分表征，以证明这种现象。在这里，我们考虑一个半设备无关的情况下，不需要所有的操作进行表征。我们介绍了一个框架，用于证明在这个中间制度的过程矩阵的非因果属性，并用它来分析量子开关，一个众所周知的高阶操作，表明，虽然它只能导致因果统计在一个设备独立的情况下，它可以表现出非因果属性在半设备独立的情况下。这证明量子开关产生的非因果关联比以前已知的更强。
2022-02-07 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
Extensibly Causally Separable Processes Admit Realizations as Quantum Circuits with Classical Control of Causal Order
School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
本文通过广义隐形传态构造，证明每个多部分可扩展因果可分过程都能实现为具有因果顺序经典控制的量子电路，解决了长期开放问题，并给出了精确的操作性解释。
2026-09-17 quant-ph
Asynchronous Quantum Distributed Computing: Causality, Snapshots, and Global Operations
Dartmouth（达特茅斯学院）；MIT（麻省理工学院）
本文研究异步量子分布式系统，提出通过局部操作实现可分解的全局量子操作，如量子快照，并设计QGO算法，验证Lamport因果性在量子世界的有效性。
2026-04-09 cs.DC quant-ph
Entanglement-assisted classical communication can simulate classical communication without causal order
由纠缠的存在引起的现象，如非局域关联，表现出区别于经典理论的量子力学的特征性质。当纠缠伴随着经典通信时，它增强了空间分离的两方联合执行量子操作的能力。这样的功率已经通过联合量子操作的性能之间的差距进行了分析，这些联合量子操作可以通过在有和没有纠缠的帮助下通过经典通信连接的每一方的本地操作来实现。在这项工作中，我们提出了一个新的联合量子操作的经典通信连接超越特殊相对论因果秩序，但没有纠缠，仍然在量子力学。使用配方，我们表明，纠缠辅助经典通信必要的实施一类联合量子操作称为可分离的地图可以被解释为模拟“经典通信”不尊重因果顺序。我们的研究结果揭示了与时空相关的纠缠的一个新的反直觉方面。
2017-12-27 quant-ph
Causal State Updates in Real Scalar Quantum Field Theory
在相对论性量子场论（QFT）中，在不违反因果关系的情况下，对某些可观测量的理想测量在物理上是不可能的。这就引出了两个问题：i）给定的可观测量是否可以在QFT中得到理想的测量; ii）如果不能，它在什么意义上可以被测量？在这里，我们制定了一个必要和充分条件，任何测量，更一般地说，任何状态更新（量子操作），必须满足尊重因果关系在真正的标量QFT。我们认为，对于单一的'踢'和操作涉及1-参数家族的克劳斯运营商，例如高斯测量，唯一的因果观测是模糊领域和身份-在真正的标量QFT的基本观测。我们提供了更复杂的运营商，如产品的涂抹字段的例子，并表明，相关的状态更新是因果的，因此是不可能的。尽管如此，人们仍然可以恢复这些运营商的期望值，我们展示了如何做到这一点，只使用因果测量涂抹字段。
2022-01-13 gr-qc hep-th math-ph
Trading causal order for locality
该研究从因果视角分析无纠缠的量子非局域性系综（QNLWE），提出利用无确定因果序的局域操作与经典通信（如AF/BW过程）来完全区分SHIFT系综等态，证明了量子非局域性可以以牺牲确定因果序为代价而消失，并探讨了多方推广在密码学和可分量子操作中的价值。
2023-09-13 quant-ph
Indefinite Causal Order in a Quantum Switch
在量子力学中，事件的发生没有确定的因果顺序：在实践中，这可以通过测量因果见证来验证，就像纠缠见证验证纠缠一样。在量子开关中可以观察到不确定的因果顺序，其中两个操作以两个可能顺序的量子叠加方式进行。在这里，我们实现了一个光子量子开关，其中偏振相干控制两个操作的顺序，$\hat{A}$和$\hat{B}$，对光子的横向空间模式。我们的设置避免了早期实现的局限性：操作不能通过空间或时间位置来区分。我们证明了我们的量子开关没有明确的因果顺序，通过构建一个因果见证和测量其值是18个标准偏差超出了确定的顺序界限。
2018-11-02 quant-ph
Entanglement and Causal Relation in distributed quantum computation
在本论文中，我们研究了分布式量子计算中的纠缠和经典通信两个不同的方面。在第一部分中，我们通过引入一个新的概念，量子计算的量子网络编码，分析了在给定的量子网络资源上的可实现计算。我们考虑一种网络设置，其中网络的每个边缘的量子通信被限制为发送一个量子比特，但经典通信是不受限制的。具体来说，我们分析了可实现的$k$ -量子比特酉操作在一定类别的网络，称为集群网络。我们表明，任何两个量子比特的幺正操作是可实现的蝴蝶网络和圣杯网络，这是基本的原始网络的网络编码。我们还获得了在集群网络上酉操作的概率可实现性的充分必要条件。在第二部分中，我们研究了DQC中的资源权衡。首先，我们证明了局域态鉴别所需的纠缠可以通过增加经典通信的轮数而被更少的纠缠所取代。其次，我们开发了一个新的框架，确定性的联合量子操作的输出和输入之间的因果关系的本地操作没有预定义的因果顺序，称为“经典通信”没有预定义的因果顺序（CC*）。证明了局部运算和CC*（LOCC*）等价于可分运算（SEP）.这一结果表明，纠缠辅助LOCC实现SEP可以模拟LOCC* 没有纠缠。我们还研究了LOCC* 和另一种确定性联合量子操作的形式主义之间的关系，而无需基于量子过程形式主义假设预定义的因果顺序。因此，我们通过使用LOCC* 构造了非LOCC SEP的示例。
2022-02-14 quant-ph
Indefinite causal order with output-signalling instruments
Universidade Federal do Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学）；International Institute of Physics, Federal University of Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学国际物理研究所）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Università degli Studi di Pavia（帕维亚大学）
本文研究量子过程中的无限因果序，通过限制通信为经典结果并利用半定规划，发现新的因果不等式及非因果相关性，揭示了在受限操作假设下可访问的无限因果序形式。
2026-09-29 quant-ph
Time-delocalized quantum subsystems and operations: on the existence of processes with indefinite causal structure in quantum mechanics
已经证明，理论上可能存在更高阶的量子过程，在这些过程中，由不同的参与方进行的操作不能被归因于一个确定的因果顺序。这些过程中的一些被认为在标准量子力学中通过对操作时间的相干控制而具有物理实现。一个突出的例子是最近在实验上证明的量子引力。然而，解释这样的实验作为实现的过程与不确定的因果结构，而不是某种形式的模拟这样一个过程一直存在争议。在这样一个实验中，各方的地方行动究竟在哪里？在时间不确定的情况下，它们在什么空间中活动？我们能否直接探究它们，而不是基于启发式的考虑来假设它们应该是什么？我们如何能够调和这样的主张，即这些操作真的发生了，每一次都是按要求发生的，而事实上，假定过程的结构意味着它们不可能是任何非循环回路的一部分？在这里，我对这些问题提供了一个精确的答案：在这样一个过程中，操作的输入和输出系统通常是希尔伯特空间的非平凡子系统，这些子系统是与不同时间的系统相关的希尔伯特空间的张量积-这一事实可以直接通过实验验证。对于这些时间离域子系统，过程的结构是一个具有因果循环的电路。我还确定了一个整体类的等距过程，其中的量子网络是一个特殊的情况下，承认时间离域子系统的物理实现。这些结果揭示了量子力学中的一种新结构，这可能对物理学和信息处理具有重要意义。
2019-11-15 quant-ph
Reversible computation and the causal structure of space-time
可逆算法在经典计算和量子计算中都起着至关重要的作用。虽然对于经典位来说，唯一不平凡的可逆操作是位翻转，但自然界在允许对量子位进行的操作方面要灵活得多。量子计算机可以对量子比特执行的可逆操作是线性酉变换组。然而，量子力学的定律禁止反线性反幺正门的实现，即使它们是完全可逆的。在这里，我们表明，这样的限制可能的可逆操作的集合是，值得注意的是，时空结构的基本约束。特别是，它将表明，任何反线性反幺正门的建设将导致违反一个基本的因果原语，这是根本不同的相对论因果关系的原则，我们将论证。
2022-11-11 quant-ph
Causality is rare: some topological properties of causal quantum channels
University of Vienna（维也纳大学）；Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）
研究因果量子通道在局部通道中的稀有性，证明其拓扑性质及在量子信息中的影响。
2026-08-10 hep-th math-ph math.MP
Quantum Non-Gaussianity From An Indefinite Causal Order of Gaussian Operations
量子非高斯态在量子信息处理中被认为是一种有用的资源，从量子精密测量和量子传感到量子通信和量子密钥分发。另一个越来越受到关注的有用工具是新构建的量子开关。它在量子信息中的许多任务中的应用已被证明优于量子通信和量子测温中的许多现有方案。在这篇文章中，我们稍后将解决这个问题，这对于从高斯操作中设计高度非高斯状态非常有用，高斯操作的顺序由控制量子位的自由度控制。与文献中现有的协议相比，高斯状态集和高斯操作集的非凸性保证了在控制量子比特上确定性地进行后选择之后非高斯性的出现。由此产生的状态的非经典性进行了相应的讨论。
2021-08-30 quant-ph
Background Independence and Quantum Causal Structure
量子力学区别于相对论的一个关键方面是，它需要一个固定的时空背景参考系。事实上，这似乎是统一这两种理论的主要概念障碍之一。此外，这两种理论的结合预计将产生非经典的，或“不确定的”，因果结构。在本文中，我们提出了一个背景独立的配方的过程矩阵形式主义-一种形式的量子力学，允许不确定的因果结构-同时保留操作定义良好的测量统计。为此，我们假设测量结果在离散的时空“块”（我们将其视为物理实验室）上的任意概率分布，然后要求该分布在任何实验室排列下都是不变的。我们发现：（a）人们仍然可以获得非平凡的、不确定的因果结构，这些结构具有背景独立性;（b）我们失去了在不同实验室中进行局部操作的想法，但可以通过将一个参考系编码到我们系统的物理状态中来恢复它;（c）排列不变性施加了令人惊讶的对称性约束，尽管这些约束在形式上类似于超选择规则，但不能被解释为这样。
2022-11-23 gr-qc quant-ph
Deterministic transformations between unitary operations: Exponential advantage with adaptive quantum circuits and the power of indefinite causality
本文分析了量子线路的性能和将任意幺正操作$U$的$k$转换为另一个幺正操作$f(U)$的一般过程。当期望函数$f$是同态时，即，$f(UV)=f(U)f(V)$，已知最佳平均保真度可通过并联电路获得，并且不确定的因果关系不提供任何优点。在这里，我们表明，当考虑反同态时，情况发生了巨大的变化，即，$f(UV)=f(V)f(U)$。特别地，我们证明了当$f$是一个反同态时，时序电路可以指数地优于并行电路，并且具有不定因果顺序的过程可以优于时序过程。我们提出了明确的建设，如何获得这样的优势，酉反演任务$f(U)=U^{-1}$和酉转置任务$f(U)=U^T$。我们还建立了酉估计和并行酉转置问题之间的一对一的联系，允许一个容易地将结果从一个领域转换到另一个领域。最后，我们将我们的结果应用到几个具体的问题实例中，并提出了一种基于计算机辅助证明的方法来显示最优性。
2022-03-28 quant-ph
Practical implementation of arbitrary nonlocal controlled-unitary gate via indefinite causal order
Shijiazhuang Tiedao University（石家庄铁道大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）
本文提出了一种基于不定因果顺序的实用协议，实现任意受控单元arity门，通过调整单量子比特操作减少电路复杂度并提高实验灵活性。
2026-03-09 quant-ph
Quantum circuits with classical versus quantum control of causal order
本研究提出两类推广固定序量子电路的量子超映射：经典控制与量子控制因果序的电路，完全刻画其类别，证明后者包含量子开关等不定因果序过程但仅生成因果关联，并展示其量子信息处理优势。
2023-06-19 quant-ph
Causal inequalities witness non-stabilizerness
Aix-Marseille University, CNRS, LIS（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，实验室信息学、信号与自动控制研究所）
本文证明稳定化乘积基中的态可被完美区分当且仅当对应过程函数违反因果不等式，赋予因果不等式违反以非稳定化资源见证的新操作性意义。
2026-10-01 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
Unscrambling the omelette of causation and inference: The framework of causal-inferential theories
使用过程理论的形式主义，我们引入的概念的因果推理理论：一个三元组组成的因果影响理论，推理理论（布尔和贝叶斯品种），以及规范这些如何相互作用。在这个模型中，我们对操作理论和实在论的概念进行了重铸，从而澄清了对实验的实在论解释所提供的超越操作解释的东西。它还产生了一个新的特征的假设和标准的不去定理的操作量子理论的现实主义表示的影响，即那些基于贝尔的局部性概念和那些基于广义的noncontextuality。此外，我们的过程理论表征的广义noncontextuality是隐含的一个更自然的原则，我们术语莱布尼茨。最引人注目的是，我们的框架提供了一种方法，在一个研究计划，旨在规避这些不去的结果。具体来说，我们认为，如果一个人可以确定公理的实在论因果推理理论的因果关系和推理的概念可以不同于他们的传统（经典）的解释，然后一个有办法定义一个内在的量子概念的现实主义，从而一个现实主义的代表性的操作量子理论，抢救精神的局部性和非语境性。
2021-05-19 quant-ph
Revisiting dynamics of quantum causal structures -- when can causal order evolve?
本文指出过程矩阵框架关于连续可逆变换必保持因果序的结论存在局限，并在标准量子力学框架下证明因果序可以演化，进而解释矛盾根源并给出调和方案。
2024-08-02 quant-ph
Factorisation conditions and causality for local measurements in QFT
University of Vienna（维也纳大学）；Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院量子光学和量子信息研究所）
本文提出了一种基于局部S矩阵形式化的分解条件，以排除超光速信号和逆行因果性，从而为量子场论中局部测量的物理可实现性提供操作标准。
2026-09-28 hep-th quant-ph
Indefinite causal order strategy does not improve the estimation of group action
School of Data Science, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学数据科学学院）；International Quantum Academy（国际量子研究院）；Graduate School of Mathematics, Nagoya University（名古屋大学大学院数学研究科）
针对紧群射影酉表示下的未知酉操作估计问题，本文引入GPOVM及其协变条件，证明在群协变误差函数下不定因果序与自适应策略均不能超越最优并行策略。
2025-10-18 quant-ph
Minimal operational theories: classical theories with quantum features
本文提出最小强因果操作概率理论，通过限制操作集，证明其满足量子禁则定理，并构造出具有量子特征的经典玩具理论，表明部分量子性质并非非经典性独有，还揭示了相关理论性质的独立性。
2025-02-13 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
Subsystem decompositions of quantum evolutions and transformations between causal perspectives
本文将量子演化在不同子系统分解下的表示形式化，引入基于全局希尔伯特空间算符的线路描述，并证明量子开关中不同参与方的因果视角无法通过子系统分解变换相互关联，从而揭示其不等价性。
2024-11-25 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
Determinism without causality
因果关系经常与决定论的概念相混淆。鉴于关于量子基础的争论，必须将这两个概念分开。量子理论提供了因果非决定论的一个例子。在这里，我们介绍了一个玩具操作理论，是确定性和非因果关系，从而证明因果关系和决定论的两个概念是完全独立的。
2013-05-16 quant-ph
Higher-order quantum processes respecting closed labs in a spacetime have quantum controlled causal order
International Centre for Theory of Quantum Technologies, University of Gdańsk（格但斯克大学量子理论国际中心）；Institute for Theoretical Physics, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院理论物理研究所）；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）
本文通过基于相对论因果性原理的自上而下方法，确定了在经典时空内可实现的最高阶量子过程类，即具有量子控制因果顺序的协议，澄清了抽象高阶过程矩阵框架与实验可实现协议之间的关系。
2026-05-08 gr-qc 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
Relativity of Causal Structure in Quantum Theory
量子理论是计算物理实验结果发生概率的数学形式。这些结果构成了发生在时空中的事件。这些事件中的一个表示这样的事实，即位于物理设备所在的空间区域中的系统在设备激发与该可观察值对应的结果时具有物理可观察值的特定值。这些事件的因果结构通常被假定为以绝对的方式固定下来。在本文中，我们表明，这一假设不能得到证实的操作的理由证明，两个观察员在同一个量子实验可以计算的概率实验假设一个不同的因果结构的时空事件构成的结果。因此，我们可以说，在量子理论中，我们有因果结构的相对性。
2012-06-06 gr-qc quant-ph
Causal memory and structural complexity of correlated quantum sequences
University of Manchester（曼彻斯特大学）
本文提出全量子计算力学框架，证明平稳有记忆量子空间序列可由记忆最小模型等距生成，其最小记忆熵等于纠缠熵，并建立零基本熵率与无限量子马尔可夫阶，揭示因果生成与量子复杂性的深层联系。
2026-10-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum teleportation of quantum causal structures
量子隐形传态是一种非常有用的信息论协议，它允许将未知的任意量子态从一个位置转移到另一个位置，而不必通过中间区域传输量子系统。量子态、量子信道和不定因果结构都是量子因果结构的例子，它们不仅能够实现高级量子信息处理功能，而且还可以在非经典时空中模拟因果结构。在这封信中，我们发展了任意量子因果结构的量子隐形传态，并通过过程矩阵框架形式化。与传送实现因果结构的所有物理自由度不同，其中心思想是传送代理操作的输入和输出。贝尔态测量结果的通信是确定性量子隐形传态所必需的，但对于人们可能希望研究的所有因果结构来说，这是不可能的。为了避免这个问题，我们提出了部分和完全后选择隐形传态协议。我们证明了我们的部分后选择隐形传态协议与所有量子因果结构兼容，包括那些涉及不确定因果顺序的量子因果结构。
2022-03-01 gr-qc quant-ph
Mapping indefinite causal order processes to composable quantum protocols in a spacetime
本研究将不定因果序过程（QC-QC）映射为时空中的因果盒，证明其可细粒度化为具有明确因果顺序的量子操作，从而恢复物理实验的可组合性，并强调相对论因果性与Fock空间的作用。
2024-04-08 gr-qc quant-ph
Semi-device-independent certification of indefinite causal order in a photonic quantum switch
本研究在半设备无关场景下，提出半设备无关因果不等式概念，利用光子量子开关实现了最少设备表征假设的不定因果序实验认证，违反程度达224个标准差。
2023-05-03 quant-ph
No quantum advantage for violating fixed-order inequalities?
Institute for Quantum Optics and Quantum Information --- IQOQI Vienna（量子光学与量子信息研究所）；Faculty of Physics, University of Vienna（维也纳大学物理学院）
该研究探究动态与不定因果性的相互作用，分析k环不等式特性，发现量子开关无需不定性即可违反该不等式，且非自适应策略下其变为因果不等式，同时指出当前研究的不等式不适用于量子开关的设备无关认证，提出了固定序不等式下是否存在量子优势的待解问题。
2025-10-22 quant-ph
Spectral decomposition of field operators and causal measurement in quantum field theory
本文构造了玻色子量子场论中场算子的谱分解，基于此实现了具有相同局域性且不导致超光速信号的量子场测量操作。
2025-04-01 hep-th math-ph math.FA
All causally separable quantum processes are quantum circuits with classical control of causal order
Centre for Quantum Information and Communication (QuIC), École Polytechnique de Bruxelles, C.P. 165, Université libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）；Univ. Grenoble Alpes, Inria（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
本文通过相干隐形传态技术证明因果可分性充分条件亦为必要条件，完整刻画多部分因果可分性，并表明所有因果可分离过程可实现为经典控制因果顺序的量子电路。
2026-09-18 quant-ph
Entanglement of Assistance is not a bipartite measure nor a tripartite monotone
协助的纠缠量化了在第三方查理的协助下，两方爱丽丝和鲍勃之间产生的纠缠，当三人共享三方状态时，协助包括查理最初对他的份额进行测量，并通过单向经典信道将结果传达给爱丽丝和鲍勃。我们认为，如果这个量被认为是一个操作措施的纠缠，那么它必须被理解为一个三方而不是一个两部措施。我们比较它与一个独特的三方措施，量化的纠缠，可以产生之间的爱丽丝和鲍勃，当他们被允许使用一个双向的经典通道与查理。我们表明，后者的数量，我们称之为合作的纠缠，可以大于纠缠的援助。这表明，援助的纠缠（被认为是纠缠的三方措施），其多体的推广，如局域化纠缠，不是纠缠单调，从而破坏了它们的操作意义。
2006-05-17 quant-ph
The communication power of indefinite causal order
QICI Quantum Information and Computation Initiative, School of Computing and Data Science, The University of Hong Kong（香港大学计算与数据科学学院量子信息与计算倡议）；Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Quantum Group, Department of Computer Science, University of Oxford（牛津大学计算机科学系量子研究组）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）
本文研究了因果序在通信中的作用，通过比较不同因果结构，证明了不定因果序在通信中的优势，并揭示了量子力学中因果结构通信能力的基本限制。
2026-03-25 quant-ph
Thermal devices powered by generalized measurements with indefinite causal order
量子控制设备可以产生这样的场景，其中两个通用量子操作可以以这样的方式执行，即不可能将操作应用的明确顺序相关联。这种不确定的因果顺序可以用来在量子热器件中产生非平凡的效应。我们研究了一种测量供电的热设备，该设备由具有可调强度参数的广义测量通道组成，其中能量以功或热的形式与设备交换。根据测量强度设置，基于测量的设备可以作为热机、热加速器或制冷机操作。通过使用两个测量通道的量子开关，我们探索了一个由不确定的因果顺序提供燃料的热器件。我们还讨论了如何在一个不确定的因果顺序结构的相干控制可以改变测量供电的热设备的操作制度，以产生优势相比，一个不相干的控制顺序开关的情况下。
2023-02-18 quant-ph
Complementarity Beyond Definite Causal Order
Jawaharlal Nehru Rajkeeya Mahavidyalaya（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁国立学院）；Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）；Centre for Theoretical Physics, Jamia Millia Islamia（贾米亚米利亚伊斯兰大学理论物理中心）
研究量子开关中相干叠加的因果顺序对互补性的影响，揭示空间与因果资源分离，引入因果相干度量并提出基于不可兼容测量的熵公式。
2026-10-07 math-ph math.MP 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
Shared entanglement for three-party causal order guessing game
本文提出一个三方因果顺序猜测游戏，研究共享纠缠和局部操作等量子资源在判别操作组合顺序时相对经典策略的优势及其对成功概率的提升。
2024-09-29 quant-ph
