Generalizing Quantum Mechanics for Quantum Spacetime
熟悉的教科书量子力学假设一个固定的背景时空来定义类空表面上的态以及它们之间的幺正演化。量子理论随着我们对空间和时间概念的发展而改变。但对于时空几何起伏不定且无定值的量子引力，量子力学需要进一步推广。本文综述了宇宙时空几何的四维、历史求和、广义量子力学。这种推广是在广义量子理论的框架内构建的。这是从封闭系统的现代量子力学中抽象出来的量子理论的最小原则集，最常见的是宇宙。在这种推广中，类空表面上的场态及其幺正演化是适合于时空几何近似经典行为的涌现性质。广义量子理论的原理允许进一步的推广，如果时空不是基本的，这将是必要的。出现的时空现象进行了一般性的讨论，并说明了与大的类空表面，从“无边界”的宇宙波函数的经典时空几何的例子。它们必须是具有一个且只有一个时间方向的洛伦兹。文章最后提出了量子力学本身是否是突现的问题。
2006-02-20 gr-qc hep-th quant-ph
The evolution of expanding spacetime realizes approximate quantum cloning
本文研究膨胀时空中量子场信息的非幺正演化，并在 de Sitter 时空中导出对应量子信道，揭示其近似量子克隆特性及与时空曲率的联系。
2024-05-08 gr-qc hep-th quant-ph
General relativistic particle trajectories via quantum mechanical weak values and the Schwarzschild-Alcubierre spacetime
该研究发现史瓦西时空中相对论量子粒子的弱测量平均轨迹、弯曲时空量子理论概率流流线与混合史瓦西-阿库别瑞时空经典类光测地线三者等价，为弯曲时空量子理论的构建与确定性诠释提供了新路径。
2025-01-16 gr-qc hep-th quant-ph
The geometry of spacetime from quantum measurements
我们提供了一个装置，通过它可以恢复时空的几何形状从本地测量的量子粒子探测器耦合到量子场。具体地说，我们展示了如何可以恢复现场的关联函数从检测器上的测量。然后，我们能够恢复不变的时空间隔的测量结果，从而重建时空度量的概念。这表明，量子粒子探测器是实验上可以实现的设备，可以取代广义相对论的经典“标尺”和“时钟”。
2022-12-09 gr-qc hep-th quant-ph
Spacetime foam as a quantum thermal bath
在经典背景下，根据非局域相互作用，构造了一个有效的时空泡沫模型。在弱耦合近似下，能量密度矩阵的演化由预测量子相干性损失的主方程确定。此外，时空泡沫可以用量子热场来描述，除了引起相干性的损失外，还引起了诸如引力兰姆和斯塔克位移以及低能可观测量演化中的量子阻尼等效应。
1998-04-13 gr-qc hep-th quant-ph
Quantum conformal symmetries for spacetimes in superposition
本文扩展量子参考系形式体系，利用量子共形变换群构造显式算子，将叠加时空上的 Klein-Gordon 场映射为 Minkowski 背景上的质量叠加场，提出量子共形不变性并揭示粒子产生等新效应。
2024-12-02 gr-qc hep-th quant-ph
General Relativity and Quantum Jumps: The Existence of Nondiffeomorphic Solutions to the Cauchy Problem in Nonempty Spacetime and Quantum Jumps as a Provider of a Canonical Spacetime Structure
它表明，尽管一个普遍接受的概念，存在非空时空中的柯西问题的非纯解，这意味着正则互补条件的必要性。正是非定域量子跃迁提供了时空流形的正则整体结构，同样，也提供了正则互补条件。
2004-03-13 gr-qc quant-ph
Schrödinger's cat for de Sitter spacetime
量子引力被期望包含量子叠加中的半经典时空几何的描述。到目前为止，还没有设计出对这种叠加进行建模的框架。在这里，我们提供了一个新的唯象描述的量子探针（即Unruh-deWitt探测器）的时空流形上的量子叠加的响应。通过引入一个额外的控制自由度，我们可以给时空分配一个希尔伯特空间，允许它存在于空间态或曲率态的叠加中。将这种方法应用于静态de Sitter空间，我们发现量子时空产生的效应与闵可夫斯基时空中的Rindler轨迹叠加所引起的效应在操作上无法区分。这样的量子时空在平坦空间中的轨迹叠加的可解释性归结为叠加振幅之间的场相关的等价或非等价。
2021-03-18 gr-qc hep-th quant-ph
Quantum mechanical path integrals and thermal radiation in static curved spacetimes
在具有事件视界的静态弯曲时空中，利用量子力学路径积分方法计算了无自旋粒子的传播子。一个玩具模型，桂时空，和二维和四维史瓦西黑洞被认为是。在这个框架中强调的坐标配置空间的拓扑结构的作用。为了用一组坐标完全覆盖上述时空，乌龟坐标被扩展到复值。它表明，同伦性质的复杂乌龟配置空间意味着在这些时空中的传播子的热行为。当端点位于由一个或多个事件视界分开的相同或不同的时空区域时，传播子被计算出来。通过事件视界的量子演化被证明是在第五变量幺正。
1999-06-03 gr-qc hep-th quant-ph
Fundamental decoherence from quantum spacetime
我们表明，时空的量子特性，编码的非交换性在普朗克尺度，导致广义的时间演化的量子系统中，纯态可以演变成混合态。具体地说，当时空非对易效应使时间平移发生器的作用变形时，密度算符的退相干机制以Lindblad型时间演化的形式出现.自由粒子演化的退相干时间被用来表明普朗克质量是基本量子系统的最大允许质量。
2023-01-26 gr-qc hep-th quant-ph
Quantum Mechanics at the Planck Scale
物理量子力学需要一个固定的背景时空几何及其相关的因果结构。因此，在普朗克尺度下，时空几何是量子变量的引力量子理论可能需要对通常的理论进行推广。广义量子理论的元素被简要地回顾和说明通常的量子理论，包括时空的替代品，规范自由度，和历史，向前和向后移动的时间。概述了宇宙学时空几何的广义量子框架。这个理论是完全四维的形式，不需要固定的因果结构。广义量子力学被恢复为一种近似，这种近似适用于时空几何表现为经典的那些情况。(Talk 1994年12月12日至21日在印度普里举行的普朗克尺度物理学研讨会上发表。本演讲是作者1992年Les Houches讲座的摘要：时空量子力学和时空的量子力学，gr-qc/9304006）。
2013-12-04 gr-qc hep-th quant-ph
Thermal radiation in non-static curved spacetimes: quantum mechanical path integrals and configuration space topology
给出了非静态Gui时空中热传播子的量子力学路径积分推导。传播子的热性质可以理解为在乌龟坐标的配置空间中的同伦非平凡路径。本文讨论了坍缩黑洞的热辐射。
1998-06-19 gr-qc hep-th quant-ph
Summoning Information in Spacetime, or Where and When Can a Qubit Be?
量子信息最重要的特性之一，也是其密码学应用的最终原因，就是它不能被复制。然而，这种说法并不完全准确。虽然量子力学的不可克隆定理阻止了量子信息在空间中被复制，但微观物理学的可逆性实际上要求信息在时间上被复制。因此，在作为一个整体的时空中，量子信息被广泛地复制，但以一种受限制的方式。我们充分描述了时空的哪些区域可以容纳相同的量子信息。因为量子信息可以通过量子纠错和隐形传态来离域，所以它不需要遵循明确定义的轨道。相反，在不违反因果关系或不可克隆原则的情况下，允许在任何时空区域配置中复制信息。为了证明这一点，我们回答了操作问题，即信息何时可以被召唤到一组时空点，展示了如何使用隐形传态和密码稳定的量子码相结合来有效地做到这一点。这提供了一个简单而完整的描述，说明量子比特在时空中的位置和时间，揭示了各种各样的可能性。
2016-02-17 gr-qc hep-th 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
Quantum Computing Spacetime
一个因果集C可以描述一个离散时空，但这个离散时空不是量子的，因为C被赋予了布尔逻辑，因为它不允许循环。在一个拟序集合Q中，允许有圈。本文考虑拟序集Q的一个子集QC，它的元素都是圈。在具有量子逻辑的量子控制中，节点中最大出度N的每个圈都与N个纠缠量子比特相关联。然后QC描述了一个量子计算时空。这种非定域和非偶然的结构可以被理解为一个原始时空。微观因果性和局域性可以在Q的子集U中恢复，其元素是未纠缠的量子比特，我们将其解释为量子时空的状态。量子时空到原时空的映射是通过异或门的作用给出的。此外，通过阿达玛门的作用，从布尔因果集到U的映射是可能的。特别地，定义在U的元素上的因果序导致自旋网络的因果演化。
2002-04-02 gr-qc quant-ph
A model of quantum spacetime
我们考虑一个全局量子系统（“宇宙”）满足总能量和总动量的双重约束。推广Page和Wootters的量子钟形式主义，我们提供了一个模型的3+1维，非相对论性，量子时空出现在一个全球性的“无时间”和“无位置”的宇宙中的不同子系统之间的纠缠。
2022-11-09 gr-qc quant-ph
Quantum communications and quantum metrology in the spacetime of a rotating planet
我们研究了在旋转行星的时空中传播的量子系统如何受到弯曲背景的影响。时空曲率会影响从地球到卫星传播的光子的波包，而波包的变化会对时空的参数进行编码。这使我们能够定量评估量子通信如何受到地球弯曲时空背景的影响，并实现地球史瓦西半径和赤道角速度的精确测量。然后，我们提供了一个比较，通过经典的手段获得的参数估计与最先进的。还讨论了卫星到卫星通信和未来的发展方向。
2017-08-08 gr-qc quant-ph
Spacetime-Free Approach to Quantum Theory and Effective Spacetime Structure
受时空结构的有效涌现性质的启发，我们为量子理论建立了一个时空自由的代数框架，其中不需要先验的背景几何结构。这样一个框架是必要的，以便以一致的方式研究有效时空结构的出现，而不必从一开始就假设背景几何。相反，背景几何被证明是作为一个有效的结构的代数和动力学之间的关系，是由系统的背景统计所施加的可观的。也就是说，我们认为量子参考态在一个扩展的可观测代数上，即由可观测量生成的自由代数上，可以产生有效的时空结构。因此，参考态的扰动导致诱导的有效时空几何的扰动。我们开始研究这些微扰，以及它们与引力现象的关系。
2017-01-24 gr-qc hep-th math-ph
Is spacetime quantum?
虽然理论物理学的标准观点是量子理论和广义相对论的统一需要引力和时空的量子化，但对于时空是否必须具有任何量子特征，人们并没有达成共识。在这里，我们证明了一个定理，说明时空的自由度和量子系统违反贝尔不等式的背景闵可夫斯基时空，如果一些性质的广义相对论和量子理论具有广泛的有效性，如果测量时的量子态减少是一个真正的物理过程，是超光速完成时，作用于遥远的量子粒子在量子纠缠态。我们认为，这意味着时空不能被称为经典的，如果我们的定理中的假设成立。与Eppley-Hannah关于引力场量子化的必要性的论证相反，我们讨论了我们假设的有效性，我们的思想实验不需要操纵或探测引力波，我们的定理不依赖于动量守恒或不确定原理。
2022-05-20 gr-qc quant-ph
Super quantum mechanics, spacetime and quantum information
本文以信息时空为超空间，说明时空与量子信息之间的联系。给出了量子信息与反对易变量的关系。此外，一个孤立子袋的信息被限制。
2008-04-09 quant-ph
Information-theoretic natural ultraviolet cutoff for spacetime
时空中的场可以同时是离散的和连续的，就像信息可以：已经表明，场在一般的离散点集x_n处所取的振幅λ（x_n）可以足以对所有x重建场λ（x），即如果自然界中存在某种类型的自然紫外线（UV）截止，以及采样点的平均间距是否处于UV截止尺度。在这里，我们将这个信息理论框架推广到时空本身。我们表明，在一个通用的离散点集的欧几里得签名时空的样本可以让一个重建的时空的形状无处不在，下到截止尺度。由此产生的方法可能是有用的量子引力的各种方法。
2010-02-04 gr-qc quant-ph
Quantum fluctuation theorem in a curved spacetime
本文利用费米法坐标和两点测量方案建立了广义相对论框架下的细致量子涨落定理，证明时空曲率可使局域量子系统产生熵，并以膨胀宇宙中的量子谐振子为例，揭示熵产生与观测者及时空因果结构的深刻联系。
2025-02-06 gr-qc quant-ph
Relativistic quantum oscillators in the global monopole spacetime
我们研究了整体超时空对Dirac和Klein-Gordon相对论量子振子的影响。为了做到这一点，我们解决了狄拉克和克莱因-戈登方程的解析和讨论的影响，这是由这些振荡器的能量分布的时空曲率的特点的背景。此外，我们还引入了硬壁势，并对一种特殊情况，确定了在此背景下相对论量子振子的能谱。
2020-02-23 gr-qc quant-ph
Quantum Entropy Bound by Information in Black Hole Spacetime
我们证明了在黑洞视界外的量子过程所引起的广义熵的增加大于经典信息在黑洞中丢失的Holevo界，而Holevo界可以通过视界外的进一步观测得到.在最佳情况下，可以完全检索准备好的信息。
2002-03-18 gr-qc quant-ph
The Relativistic Transactional Interpretation and Spacetime Emergence
我们考虑的方式，时空流形出现的量子底层通过交易过程中，时空事件和它们的连接建立。在这个解释中，不存在物理理论中通常假设的背景时空。相反，通常的背景时空概念被量子底层所取代，量子底层包括具有非零静止质量的量子系统。静止质量对应于内部周期性，其功能就像内部时钟定义了适当的时间，反过来，惯性系本身不是时空流形的方面，而是前时空参考结构。量子基础中的特定过程用来区分绝对运动和相对运动。
2021-03-20 gr-qc quant-ph
Superdensity Operators for Spacetime Quantum Mechanics
我们引入超密度算符作为分析时空中量子信息的工具。超密度算子在算子框架中编码时空关联函数，并支持希尔伯特空间技术和狄拉克变换理论的自然推广，传统上应用于标准密度算子。超密度算子可以通过实验测量，但要获得其全部内容需要新的程序。我们证明了这些声明的几个例子。超密度形式主义提出了时空熵和时空量子信道的有用定义。例如，我们表明，冯诺伊曼熵的超密度运营商是相关的量子广义Kolmogorov-Sinai熵，并计算多体系统。我们还提出了测量时空熵的实验方案。
2018-07-07 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
Unifying spacetime approaches to quantum mechanics
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文通过时空态统一了多种时空量子力学方法，揭示了路径积分、量子态随时间演化、伪密度矩阵等方案的内在联系，并探讨了其在量子基础、相对论量子场论等领域的应用。
2026-06-12 gr-qc hep-th math-ph
The influence of spacetime curvature on quantum emission in optical analogues to gravity
弯曲时空上的量子涨落导致量子真空中的粒子对发射，就像黑洞的霍金效应一样。我们用光学模拟引力来研究曲率对量子发射的影响。由于色散，时空曲率随频率变化。我们分析计算了所有频率的粒子通量、相关性和纠缠。我们发现，视野增加了一个特征的光谱形状的流量。光子数关联从多模过渡到双模，纠缠接近最大值。量子态是弯曲时空中量子场论实验室测试中模式转换的诊断。
2020-06-03 cond-mat.other gr-qc quant-ph
Emergence of Quantum Theory and Minkowski Spacetime
最先进的物理学由两个不可调和的分支组成，即，量子理论和广义相对论，它们在各自的领域里独立地工作得很好。然而，量子和时空到底是什么？关键问题从未得到令人满意的解决。在这项工作中，我们描述了一种可能性，重新制定的量子理论在闵可夫斯基时空的观点，经典物理学的欧几里德时空，即，经典力学和随机过程理论。我们表明，量子理论和闵可夫斯基时空可以相互连接，并出现在一个单一的基本实体。
2022-05-12 quant-ph
Possible Connection between Probability, Spacetime Geometry and Quantum Mechanics
在我们的讨论[Physica A，375（2007）123]将类似的概率描述与史瓦西度规中从宏观到微观的时空几何相关联之后，我们认为归一化概率、时空几何（以史瓦西半径的形式）和量子力学（以复波函数的形式）之间可能存在联系。我们展示了这种关联如何沿着不同的（n）-嵌套表面-表示由于物质密度不均匀的曲线空间-在不同的几何尺度上保持量子力学的假设。
2007-07-04 cond-mat.other gr-qc quant-ph
On the spacetime geometry of quantum nonlocality
我们提出了一种新的时空几何，其中事件可能是正维的。这种几何是通过将量子统计学的基本原理--不变量的恒等式应用于时间而得到的。量子非定域性是这种几何的自然结果。我们还研究了在这个框架中的波函数的本体。特别是，我们展示了如何在时空纠缠交换失效的PBR定理的准备假设。
2015-11-16 gr-qc math-ph math.MP
Quantum Mechanical Motion of Relativistic Particle in Non-Continuous Spacetime
研究了相对论性粒子在非连续时空中的量子力学运动。时空模型是二维闵可夫斯基时空的一个稠密、合理的子集。狄拉克方程的解是使用费曼棋盘模型的广义版本计算的。它们与连续统传播子密切相关。
2002-12-09 quant-ph
Quantum Estimation of Parameters of Classical Spacetimes
我们描述了经典时空测量的量子极限。具体来说，我们制定了一个量子克拉美-拉奥下界估计的单参数家庭的时空度量。我们采用弯曲时空中的量子场论的局部协变公式，它允许一个明显的背景无关的推导。其结果是一个适用于所有全局双曲时空的不确定关系。在其他的例子中，我们应用我们的方法来检测引力波使用电磁场作为探针，在激光干涉引力波探测器。其他应用进行了讨论，从地球重力测量宇宙学。
2017-11-06 gr-qc math-ph math.MP
Spacetime as the optimal generative network of quantum states: a roadmap to QM=GR?
时空几何是由量子纠缠建立起来的，这一观点在过去几年中已被广泛接受。但几何学与量子态之间究竟有什么关系还不清楚。本文基于深度学习的思想，提出了一种满足Susskind的QM=GR假设的机制，即时空几何作为量子态的最优生成网络。我们推测空间几何是一个测地线张量网络，它定义了一个基本量子态在给定度规下的量子态复杂性。时空对应于一个演化的张量网络，它产生一个演化的基本量子系统。这种机制提供了（a）量子态和时空几何之间的构造性对应;（b）从高度约束的测地线中出现的时空结构，使得AdS/CFT中所示的类似QEC的结构可以自然实现;（c）从量子态复杂性的概念导出引力方程的机制。有了这个机制，时空可以有量子力学的描述。我们希望这可能会导致另一种观点的方向来理解我们的世界的基本规则。
2018-04-21 quant-ph
Quantum inequality in spacetimes with small curvature
量子不等式限定了量子场的重整化能量密度的加权时间平均值可以为负的程度。它们大多在平坦时空中被证明，但我们需要弯曲时空不等式来反驳奇异现象的存在，例如封闭的类时曲线。在这项工作中，我们得到这样一个不等式的最小耦合标量场的测地线在小曲率时空，工作到一阶的Ricci张量及其衍生物。因为只有里奇张量进入，所以在没有遇到任何物质或能量的路径上，对平坦空间量子不等式没有一阶修正。
2014-10-04 gr-qc math-ph math.MP
Relativistic quantum mechanics of a Proca particle in Riemannian spacetimes
建立了黎曼时空中Proca粒子的相对论性量子力学.在黎曼时空中，给出了Proca粒子与反常磁矩和电偶极矩的电磁相互作用的协变方程。相对论性的Foldy-Wouthuysen变换与津贴的条款成比例的普朗克常量的零功率进行。所得到的哈密顿量与标量粒子和狄拉克粒子的相应的Foldy-Wouthuysen哈密顿量以及它们的经典对应哈密顿量一致。本文讨论相对论性量子力学在Foldy-Wouthuysen表象中的统一。
2018-07-13 gr-qc math-ph math.MP
A Spacetime Area Law Bound on Quantum Correlations
面积定律是物理相互作用定域性的一个影响深远的结果，它们与从黑洞到量子多体系统的一系列系统有关。典型地，这些定律涉及纠缠熵或单个时间的子系统的量子互信息。然而，当考虑在时空中传播的信息时，当由具有局部相互作用的物理系统携带时，直观地期望面积定律适用于时空区域;在这项工作中，我们在量子晶格系统的情况下证明了这样的定律。我们考虑一系列的本地量子操作在离散时间执行的自旋晶格，使每个操作都与时空中的一个点。在操作之间的时间内，自旋的时间演化由有限范围的哈密顿量控制。通过考虑量子仪器的提纯，并分析提纯中所用的ancillas之间的量子互信息，我们得到了一个时空面积律，它是时空区域内测量结果与其外部测量结果之间的关联的界。
2019-07-08 quant-ph
Entanglement Before Spacetime in Quantum-Gravity-Induced Interactions
University of Exeter（埃克塞特大学）
该研究在形式不变的扭矢框架中重新表述了量子引力诱导纠缠，揭示了牛顿相的产生依赖于时空几何的破坏。
2026-02-05 quant-ph
Reconciling Spacetime and the Quantum: Relational Blockworld and the Quantum Liar Paradox
介绍了非相对论性量子力学的关系块世界解释。因此，NRQM的时空是一个关系的、不可分离的块世界，空间距离只定义在相互作用的跨时间对象之间。RBW提供了一种新的统计解释的波函数，缩小了测量问题，以及一个几何帐户的量子纠缠和不可分离性，满足本地每狭义相对论，是免费的解释之谜。我们目前RBW的因果和adapticalresolution的所谓的“量子骗子悖论”，一个实验设置据称是有问题的时空概念的现实，并得出结论，推测RBW的影响量子引力。
2007-12-31 quant-ph
A quantum walk with both a continuous-time and a continuous-spacetime limit
目前，量子模拟方案有两种类型。它们要么是连续时间离散空间模型（也称为基于哈密顿的模型），属于非相对论性量子力学。或者它们是离散时空模型（也称为量子行走或基于量子元胞自动机），享受相对论连续时空限制。我们提供了一个量子模拟计划，统一这两种方法的第一个例子。所提出的方案支持一个连续时间离散空间的限制，导致晶格费米子，和一个连续时空的限制，导致狄拉克方程。两者之间的转变可以被认为是广义相对论的坐标变化，被推到了极端。作为这一过程的一个紧急的副产品，我们得到了一个在弯曲的时空与同步坐标格费米子的哈密顿量。
2019-10-17 cs.DM hep-lat quant-ph
Probing the Spacetime Structure of Entanglement in Monitored Quantum Circuits with Graph Neural Networks
Constructor University
研究利用图神经网络在监控量子电路中通过局部测量数据重建半链纠缠熵，探讨局部观测如何推断全局纠缠。
2026-03-23 cond-mat.dis-nn quant-ph
From curved spacetime to spacetime-dependent local unitaries over the honeycomb and triangular Quantum Walks
离散时间量子行走（英语：Discrete time Quantum Walk，QW）是一种通过局域幺正驱动晶格上单个粒子演化的算子。一些量子阱承认，作为它们的连续极限，一个著名的物理方程。在arXiv：1803.01015中，量子阱位于蜂窝和三角晶格上，并模拟狄拉克方程。我们在这个量子阱的晶格上应用时空坐标变换，并证明它等价于引入时空依赖的局域幺正-同时保持晶格固定。通过利用这种对偶性的变化之间的几何，并在本地幺正的变化，我们表明，时空依赖量子阱模拟狄拉克方程在$(2+1)$维弯曲时空。有趣的是，这种对偶性主要依赖于蜂窝晶格和三角晶格的三个优选方向的非线性独立性：同样的构造对于正方形晶格会失败。在实践层面上，这一结果打开了通过不同种类的晶格上的量子行走来模拟弯曲流形上的场论的可能性。
2018-12-06 cond-mat.mes-hall hep-lat quant-ph
SU(1,1) solutions for the relativistic quantum particle in cosmic string spacetime
我们研究了宇宙弦时空中存在均匀磁场和标量势时的相对论电子。利用SU（1，1）李代数求出了具有类库仑标量势和线性矢量势的Dirac方程在引力场中的精确解.
2015-10-01 math-ph math.MP quant-ph
