Inflation: Et Python-bibliotek til klassisk og kvanteårsagskompatibilitet

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Emanuel-Cristian Boghiu¹, Elie Wolfe²og Alejandro Pozas-Kerstjens³

¹ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, Barcelona Institute of Science and Technology, 08860 Castelldefels (Barcelona), Spanien
²Perimeter Institute for Theoretical Physics, 31 Caroline St. N., Waterloo, Ontario, Canada, N2L 2Y5
³Instituto de Ciencias Matemáticas (CSIC-UAM-UC3M-UCM), 28049 Madrid, Spanien

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi introducerer Inflation, et Python-bibliotek til at vurdere, om en observeret sandsynlighedsfordeling er kompatibel med en årsagsforklaring. Dette er et centralt problem i både teoretiske og anvendte videnskaber, som for nylig har været vidne til betydelige fremskridt fra området med kvante-ikke-lokalitet, nemlig i udviklingen af inflationsteknikker. Inflation er et udvideligt værktøjssæt, der er i stand til at løse rene kausale kompatibilitetsproblemer og optimering over (relakseringer af) sæt af kompatible korrelationer i både det klassiske og kvanteparadigmet. Biblioteket er designet til at være modulopbygget og med evnen til at være klar til brug, samtidig med at det har let adgang til objekter på lavt niveau til brugerdefinerede ændringer.

Inflation: et Python-bibliotek til klassisk og kvanteårsagskompatibilitet PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.

Udvalgt billede: Venstre: Trekantscenariet, hvor værdierne af tre synlige tilfældige variable, $A$, $B$ og $C$, hver påvirkes af to forskellige ud af de tre latente variable $rho_{AB}$, $rho_{BC}$ og $rho_{AC}$. Disse latente variabler kan vælges til at være enten kilder til delt tilfældighed eller til kvantetilstande. Hver part skaber værdien af deres tilfældige variabel ved at operere på de modtagne systemer, som i $E_a$. At svare på, om en sandsynlighedsfordeling over værdierne output af $A$, $B$ og $C$ er kompatibel med denne struktur, er et numerisk svært problem.

Til højre: Andenordens kvanteinflation i trekantsscenariet. Inflation betragter kopier af tilstande og målinger som afbildet. Brugen af kopier af de originale elementer indebærer mange symmetrier, så distributioner, der er kompatible med dette scenarie, kan karakteriseres via semibestemt programmering.

Populært resumé

En af hovedudfordringerne i videnskaben er at identificere, hvilke årsager der ligger bag nogle observerede sammenhænge. Er en vaccine effektiv mod en sygdom? Stimulerer lønforhøjelser forbrug? Alle disse spørgsmål kan formuleres analyseret ved hjælp af kausal inferens værktøjer, men er ofte numerisk svære at besvare. For nylig er der dukket nye værktøjer op inden for kvante-ikke-lokalitet, kaldet inflationsmetoder, som gør det muligt at lempe disse hårde problemer til numerisk håndterbare. I dette arbejde præsenterer vi en Python-pakke, der implementerer sådanne metoder.

► BibTeX-data

@article{Boghiu2023inflationpython, doi = {10.22331/q-2023-05-04-996}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-05-04-996}, title = {Inflation: et {P}ython-bibliotek for klassisk og kvantekausal kompatibilitet}, forfatter = {Boghiu, Emanuel-Cristian og Wolfe, Elie og Pozas-Kerstjens, Alejandro}, tidsskrift = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, udgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, bind = {7}, sider = {996}, måned = maj, år = {2023} }

► Referencer

[1] Judæa perle. "Kausalitet: modeller, ræsonnement og slutning". Cambridge University Press. (2009).
https:///doi.org/10.1017/CBO9780511803161

[2] Dan Geiger og Christopher Meek. "Quantifier elimination for statistiske problemer". I Proc. 15. konf. Usikkert. Artif. Intell. (AUAI, 1999). Side 226–235. (1995). arXiv:1301.6698.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1301.6698
arXiv: 1301.6698

[3] Jin Tian og Judea Pearl. "Om de testbare implikationer af kausale modeller med skjulte variabler". I Proc. 18. konf. Usikkert. Artif. Intell. (AUAI, 2002). Side 519–527. (2002). arXiv:1301.0608.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1301.0608
arXiv: 1301.0608

[4] Luis David Garcia, Michael Stillman og Bernd Sturmfels. "Algebraisk geometri af Bayesianske netværk". J. Symb. Comput. 39, 331-355 (2005). arXiv:math/0301255.
https:///doi.org/10.1016/j.jsc.2004.11.007
arXiv:math/0301255

[5] Luis David Garcia. "Algebraisk statistik i modelvalg". I Proc. 20. konf. Usikkert. Artif. Intell. (AUAI, 2004). Side 177–184. (2014). arXiv:1207.4112.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1207.4112
arXiv: 1207.4112

[6] Ciarán M. Lee og Robert W. Spekkens. "Kausal inferens via algebraisk geometri: Feasibility-tests for funktionelle kausale strukturer med to binære observerede variabler". J. Causal Inference 5, 20160013 (2017). arXiv:1506.03880.
https:///doi.org/10.1515/jci-2016-0013
arXiv: 1506.03880

[7] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani og Stephanie Wehner. "Klokke ikke-lokalitet". Rev. Mod. Phys. 86, 419-478 (2014). arXiv:1303.2849.
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.86.419
arXiv: 1303.2849

[8] John S. Bell. "Om Einstein-Podolsky-Rosen-paradokset". Physics Physique Fizika 1, 195-200 (1964).
https:///doi.org/10.1103/PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[9] Christopher J. Wood og Robert W. Spekkens. "Lektionen af kausale opdagelsesalgoritmer for kvantekorrelationer: kausale forklaringer på Bell-ulighedskrænkelser kræver finjustering". Ny J. Phys. 17, 033002 (2015). arXiv:1208.4119.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/3/033002
arXiv: 1208.4119

[10] Rafael Chaves, Richard Kueng, Jonatan B. Brask og David Gross. "Forenende ramme for lempelser af årsagsantagelserne i Bells teorem". Phys. Rev. Lett. 114, 140403 (2015). arXiv:1411.4648.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.140403
arXiv: 1411.4648

[11] Cyril Branciard, Nicolas Gisin og Stefano Pironio. "Karakterisere de ikke-lokale korrelationer, der er skabt via entanglement swapping". Phys. Rev. Lett. 104, 170401 (2010). arXiv:0911.1314.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.170401
arXiv: 0911.1314

[12] Cyril Branciard, Denis Rosset, Nicolas Gisin og Stefano Pironio. "Bilokale versus ikke-bilokale korrelationer i forviklings-bytte eksperimenter". Phys. Rev. A 85, 032119 (2012). arXiv:1112.4502.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.85.032119
arXiv: 1112.4502

[13] Tobias Fritz. "Ud over Bells teorem: korrelationsscenarier". Ny J. Phys. 14, 103001 (2012). arXiv:1206.5115.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/10/103001
arXiv: 1206.5115

[14] Thomas C. Fraser og Elie Wolfe. "Kausal kompatibilitets-uligheder, der indrømmer kvanteovertrædelser i trekantstrukturen". Phys. Rev. A 98, 022113 (2018). arXiv:1709.06242.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.022113
arXiv: 1709.06242

[15] Thomas van Himbeeck, Jonatan Bohr Brask, Stefano Pironio, Ravishankar Ramanathan, Ana Belén Sainz og Elie Wolfe. "Kvanteovertrædelser i det instrumentelle scenarie og deres relationer til Bell-scenariet". Quantum 3, 186 (2019). arXiv:1804.04119.
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-16-186
arXiv: 1804.04119

[16] Armin Tavakoli, Alejandro Pozas-Kerstjens, Ming-Xing Luo og Marc-Olivier Renou. "Klokke ikke-lokalitet i netværk". Rep. Prog. Phys. 85, 056001 (2022). arXiv:2104.10700.
https://doi.org/10.1088/1361-6633/ac41bb
arXiv: 2104.10700

[17] Alejandro Pozas-Kerstjens, Rafael Rabelo, Łukasz Rudnicki, Rafael Chaves, Daniel Cavalcanti, Miguel Navascués og Antonio Acín. "Afgrænsning af sæt af klassiske og kvantekorrelationer i netværk". Phys. Rev. Lett. 123, 140503 (2019). arXiv:1904.08943.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.140503
arXiv: 1904.08943

[18] Aditya Kela, Kai Von Prillwitz, Johan Åberg, Rafael Chaves og David Gross. "Semidefinite tests for latente kausale strukturer". IEEE Trans. Inf. Theory 66, 339-349 (2020). arXiv:1701.00652.
https:///doi.org/10.1109/TIT.2019.2935755
arXiv: 1701.00652

[19] Johan Åberg, Ranieri Nery, Cristhiano Duarte og Rafael Chaves. "Semidefinite tests for kvantenetværkstopologier". Phys. Rev. Lett. 125, 110505 (2020). arXiv:2002.05801.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.110505
arXiv: 2002.05801

[20] Ming-Xing Luo. "Beregningsmæssigt effektive ikke-lineære Bell-uligheder for kvantenetværk". Phys. Rev. Lett. 120, 140402 (2018). arXiv:1707.09517.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.140402
arXiv: 1707.09517

[21] Marc-Olivier Renou, Yuyi Wang, Sadra Boreiri, Salman Beigi, Nicolas Gisin og Nicolas Brunner. "Grænser for korrelationer i netværk for kvante- og ingen-signaleringsressourcer". Phys. Rev. Lett. 123, 070403 (2019). arXiv:1901.08287.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.070403
arXiv: 1901.08287

[22] Elie Wolfe, Robert W. Spekkens og Tobias Fritz. "Inflationsteknikken til kausal slutning med latente variabler". J. Causal Inference 7, 20170020 (2019). arXiv:1609.00672.
https:///doi.org/10.1515/jci-2017-0020
arXiv: 1609.00672

[23] Elie Wolfe, Alejandro Pozas-Kerstjens, Matan Grinberg, Denis Rosset, Antonio Acín og Miguel Navascués. "Kvanteinflation: En generel tilgang til kvanteårsagskompatibilitet". Phys. Rev. X 11, 021043 (2021). arXiv:1909.10519.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.11.021043
arXiv: 1909.10519

[24] Nicolas Gisin, Jean-Daniel Bancal, Yu Cai, Patrick Remy, Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Sandu Popescu og Nicolas Brunner. "Begrænsninger på ikke-lokalitet i netværk fra ingen-signalering og uafhængighed". Nat. Commun. 11, 2378 (2020). arXiv:1906.06495.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16137-4
arXiv: 1906.06495

[25] Alejandro Pozas-Kerstjens, Nicolas Gisin og Armin Tavakoli. "Fuld netværk ikke-lokalitet". Phys. Rev. Lett. 128, 010403 (2022). arXiv:2105.09325.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.010403
arXiv: 2105.09325

[26] Alejandro Pozas-Kerstjens, Nicolas Gisin og Marc-Olivier Renou. "Beviser for netværks kvante-ikke-lokalitet i kontinuerlige distributionsfamilier". Phys. Rev. Lett. 130, 090201 (2023). arXiv:2203.16543.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.090201
arXiv: 2203.16543

[27] Emanuel-Cristian Boghiu, Elie Wolfe og Alejandro Pozas-Kerstjens. "Kildekode for inflation". Zenodo 7305544 (2022).
https:///doi.org/10.5281/zenodo.7305544

[28] Flavio Baccari, Daniel Cavalcanti, Peter Wittek og Antonio Acín. "Effektiv enhedsuafhængig detektering af sammenfiltring til flerpartssystemer". Phys. Rev. X 7, 021042 (2017). arXiv:1612.08551.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.7.021042
arXiv: 1612.08551

[29] Greg ver Steeg og Aram Galstyan. "En sekvens af afslapninger, der begrænser skjulte variable modeller". I forløbet af den syvogtyvende konference om usikkerhed i kunstig intelligens. Side 717–726. UAI'11Arlington, Virginia, USA (2011). AUAI Tryk. arXiv:1106.1636.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1106.1636
arXiv: 1106.1636

[30] Miguel Navascués og Elie Wolfe. "Inflationsteknikken løser fuldstændigt det kausale kompatibilitetsproblem". J. Causal Inference 8, 70 – 91 (2020). arXiv:1707.06476.
https:///doi.org/10.1515/jci-2018-0008
arXiv: 1707.06476

[31] Laurens T. Ligthart og David Gross. "Inflationshierarkiet og polariseringshierarkiet er fuldstændige for det kvantebilocal-scenarie" (2022). arXiv:2212.11299.
arXiv: 2212.11299

[32] Laurens T. Ligthart, Mariami Gachechiladze og David Gross. "Et konvergent inflationshierarki for kvanteårsagsstrukturer" (2021). arXiv:2110.14659.
arXiv: 2110.14659

[33] Charles R. Harris, K. Jarrod Millman, Stéfan J. van der Walt, et al. "Array-programmering med NumPy". Nature 585, 357-362 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2649-2

[34] Aaron Meurer, Christopher P. Smith, Mateusz Paprocki, et al. "SymPy: symbolsk databehandling i Python". PeerJ Comput. Sci. 3, e103 (2017).
https:///doi.org/10.7717/peerj-cs.103

[35] Pauli Virtanen, Ralf Gommers, Travis E. Oliphant, et al. "SciPy 1.0: Grundlæggende algoritmer for videnskabelig databehandling i Python". Nat. Methods 17, 261-272 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41592-019-0686-2

[36] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou og Stanley Seibert. "Numba: En LLVM-baseret Python JIT compiler". I Proceedings of the Second Workshop om LLVM Compiler Infrastructure i HPC. LLVM '15 New York, NY, USA (2015). Foreningen for Datamaskiner.
https:///doi.org/10.1145/2833157.2833162

[37] MOSEK ApS. "MOSEK Fusion API til Python". https:///docs.mosek.com/latest/pythonfusion/index.html (2019).
https:///docs.mosek.com/latest/pythonfusion/index.html

[38] Johann Löfberg. "YALMIP: En værktøjskasse til modellering og optimering i MATLAB". I forbindelse med CACSD-konferencen. Taipei, Taiwan (2004). url: yalmip.github.io/.
https:///yalmip.github.io/

[39] Miguel Navascués, Stefano Pironio og Antonio Acín. "Afgrænsning af mængden af kvantekorrelationer". Phys. Rev. Lett. 98, 010401 (2007). arXiv:quant-ph/0607119.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.010401
arXiv:quant-ph/0607119

[40] Miguel Navascués, Stefano Pironio og Antonio Acín. "Et konvergent hierarki af semibestemte programmer, der karakteriserer sættet af kvantekorrelationer". Ny J. Phys. 10, 073013 (2008). arXiv:0803.4290.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/10/7/073013
arXiv: 0803.4290

[41] Stefano Pironio, Miguel Navascués og Antonio Acín. "Konvergent lempelse af polynomielle optimeringsproblemer med ikke-pendlende variabler". SIAM J. Optim. 20, 2157-2180 (2010). arXiv:0903.4368.
https:///doi.org/10.1137/090760155
arXiv: 0903.4368

[42] Tobias Moroder, Jean-Daniel Bancal, Yeong-Cherng Liang, Martin Hofmann og Otfried Gühne. "Enhedsuafhængig entanglement kvantificering og relaterede applikationer". Phys. Rev. Lett. 111, 030501 (2013). arXiv:1302.1336.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.030501
arXiv: 1302.1336

[43] Alejandro Pozas-Kerstjens. "Kvanteinformation uden for kvanteinformation". Ph.d.-afhandling. Universitat Politécnica de Catalunya. (2019). url: http://hdl.handle.net/10803/667696.
http://hdl.handle.net/10803/667696

[44] N. David Mermin. "Kvantemysterier genbesøgt". Amer. J. Phys. 58, 731-734 (1990).
https:///doi.org/10.1119/1.16503

[45] Paolo Abiuso, Tamás Kriváchy, Emanuel-Cristian Boghiu, Marc-Olivier Renou, Alejandro Pozas-Kerstjens og Antonio Acín. "Enkeltfoton ikke-lokalitet i kvantenetværk". Phys. Rev. Research 4, L012041 (2022). arXiv:2108.01726.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.L012041
arXiv: 2108.01726

[46] Mariami Gachechiladze, Nikolai Miklin og Rafael Chaves. "Kvantificering af årsagspåvirkninger i nærvær af en kvantefælles årsag". Phys. Rev. Lett. 125, 230401 (2020). arXiv:2007.01221.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.230401
arXiv: 2007.01221

[47] Iris Agresti, Davide Poderini, Leonardo Guerini, Michele Mancusi, Gonzalo Carvacho, Leandro Aolita, Daniel Cavalcanti, Rafael Chaves og Fabio Sciarrino. "Eksperimentel enhedsuafhængig certificeret tilfældighedsgenerering med en instrumentel kausal struktur". Commun. Phys. 3, 110 (2020). arXiv:1905.02027.
https://doi.org/10.1038/s42005-020-0375-6
arXiv: 1905.02027

[48] Iris Agresti, Davide Poderini, Beatrice Polacchi, Nikolai Miklin, Mariami Gachechiladze, Alessia Suprano, Emanuele Polino, Giorgio Milani, Gonzalo Carvacho, Rafael Chaves og Fabio Sciarrino. "Eksperimentel test af kvanteårsagspåvirkninger". Sci. Adv. 8, eabm1515 (2022). arXiv:2108.08926.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abm1515
arXiv: 2108.08926

[49] Shane Mansfield og Tobias Fritz. "Hardys ikke-lokalitetsparadoks og mulige betingelser for ikke-lokalitet". Fundet. Phys. 42, 709-719 (2012). arXiv:1105.1819.
https://doi.org/10.1007/s10701-012-9640-1
arXiv: 1105.1819

[50] Denis Rosset, Felipe Montealegre-Mora og Jean-Daniel Bancal. "RepLAB: En beregningsmæssig/numerisk tilgang til repræsentationsteori". I kvanteteori og symmetrier. Side 643–653. CRM-serien i Matematisk Fysik. Proceedings of the 11th International Symposium, Montreal, Springer (2021). arXiv:1911.09154.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-55777-5_60
arXiv: 1911.09154

[51] Kim-Chuan Toh, Michael J. Todd og Reha H. Tütüncü. "SDPT3 — en MATLAB-softwarepakke til semidefinite programmering". Optim. Metoder Softw. 11, 545-581 (1999).
https:///doi.org/10.1080/10556789908805762

[52] Steven Diamond og Stephen Boyd. "CVXPY: Et Python-indlejret modelleringssprog til konveks optimering". J. Mach. Lære. Res. 17, 1-5 (2016). arXiv:1603.00943.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1603.00943
arXiv: 1603.00943

[53] Brendan O'Donoghue, Eric Chu, Neal Parikh og Stephen Boyd. "SCS: Splitting Conic Solver". https:///github.com/cvxgrp/scs (2021).
https:///github.com/cvxgrp/scs

[54] Gurobi Optimization, LLC. "Gurobi Optimizer Reference Manual". https://www.gurobi.com (2022).
https://www.gurobi.com

[55] Guillaume Sagnol og Maximilian Stahlberg. "PICOS: En Python-grænseflade til kegleoptimeringsløsere". J. Open Source Software. 7, 3915 (2022).
https://doi.org/10.21105/joss.03915

[56] Martin S. Andersen, Joachim Dahl og Lieven Vandenberghe. "CVXOPT: Python-software til konveks optimering". http:///cvxopt.org/ (2015).
http:///cvxopt.org/

[57] Daniel Brosch og Etienne de Klerk. "Jordan symmetrireduktion til kegleoptimering over den dobbelt ikke-negative kegle: teori og software". Optim. Metoder Softw. 37, 2001-2020 (2022). arXiv:2001.11348.
https:///doi.org/10.1080/10556788.2021.2022146
arXiv: 2001.11348

Citeret af

[1] Robin Lorenz og Sean Tull, "Kausale modeller i strengdiagrammer", arXiv: 2304.07638, (2023).

Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2023-05-05 01:00:09). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.

On Crossrefs citeret af tjeneste ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2023-05-05 01:00:08).

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
Udmøntning af fremtiden med Adryenn Ashley. Adgang her.
Køb og sælg aktier i PRE-IPO-virksomheder med PREIPO®. Adgang her.
Kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-05-04-996/

Tidsstempel: Maj 4, 2023

Objektive baner i hybrid klassisk-kvantedynamik

Kildeklynge:

Quantum Journal

Kildeknude: 1782530

Tidsstempel: Jan 3, 2023

Genudgivet af Platon

Forbedret gravitationssammenfiltring via moduleret optomekanik

Geometrisk operatør kvantehastighedsgrænse, Wegner Hamiltonian flow og operatørvækst

Variationel Quantum Linear Solver

Motorer til forudsigelig arbejdsudvinding fra hukommelsesfulde kvante stokastiske processer

Flerarmede kvantebanditter: Udforskning versus udnyttelse, når man lærer egenskaber af kvantetilstande

Kvantesimulering af dynamik i det virkelige rum

Synergetisk kvantefejlreduktion ved randomiseret kompilering og nul-støj-ekstrapolation for den variationelle kvanteegenopløser

Gennemsnitlig feltstudie af 2D kvasipartikelkondensatdannelse ved tilstedeværelse af stærkt henfald

Mod kvantefordel via topologisk dataanalyse

Variationsløsninger til fermion-til-qubit-kortlægninger i to rumlige dimensioner

Sidekurver og typisk sammenfiltring i lineær optik

Objektive baner i hybrid klassisk-kvantedynamik

Om os

Vertikal søgning & Ai

perron

Stay Connected

Konto