Center for Engineered Quantum Systems, School of Mathematics and Physics, University of Queensland, QLD 4072 Australien
Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.
Abstrakt
En af de vigtigste måder, hvorpå kvantemekanik adskiller sig fra relativitet er, at den kræver en fast baggrundsreferenceramme for rumtid. Faktisk ser dette ud til at være en af de vigtigste konceptuelle hindringer for at forene de to teorier. Derudover forventes en kombination af de to teorier at give ikke-klassiske, eller "ubestemte", kausale strukturer. I dette papir præsenterer vi en baggrundsuafhængig formulering af procesmatrixformalismen - en form for kvantemekanik, der giver mulighed for ubestemt kausal struktur - samtidig med, at operationelt veldefineret målestatistikker bibeholdes. Vi gør dette ved at postulere en vilkårlig sandsynlighedsfordeling af måleresultater på tværs af diskrete "bidder" af rumtid, som vi tænker på som fysiske laboratorier, og derefter kræve, at denne fordeling er invariant under enhver permutation af laboratorier. Vi finder (a) at man stadig opnår ikke-trivielle, ubestemte kausale strukturer med baggrundsuafhængighed, (b) at vi mister ideen om lokale operationer i forskellige laboratorier, men kan genvinde den ved at indkode en referenceramme i vores systems fysiske tilstande, og (c) at permutationsinvarians pålægger overraskende symmetribegrænsninger, der, selvom de formelt ligner en superselektionsregel, ikke kan fortolkes som sådan.
► BibTeX-data
► Referencer
[1] Jeremy Butterfield og Christopher J. Isham. "Rumtid og kvantetyngdekraftens filosofiske udfordring". Side 33-89. Cambridge University Press. (1999). arXiv:gr-qc/9903072.
https:///doi.org/10.1017/CBO9780511612909.003
arXiv:gr-qc/9903072
[2] Lucien Hardy. "Sandsynlighedsteorier med dynamisk kausal struktur: En ny ramme for kvantetyngdekraft" (2005). arXiv:gr-qc/0509120.
arXiv:gr-qc/0509120
[3] Ognyan Oreshkov, Fabio Costa og Časlav Brukner. "Kvantekorrelationer uden kausal rækkefølge". Nat. Commun. 3 (2012).
https:///doi.org/10.1038/ncomms2076
[4] C. Rovelli. "Hvad er observerbart i klassisk og kvantetyngdekraft?". klasse. Kvantegrav. 8 (1991).
https://doi.org/10.1088/0264-9381/8/2/011
[5] John D. Norton. "Hul-argumentet". I Edward N. Zalta, redaktør, The Stanford Encyclopedia of Philosophy. Metaphysics Research Lab, Stanford University (2019). Sommer 2019 udgave.
https:///plato.stanford.edu/archives/sum2019/entries/spacetime-holearg/
[6] Abhay Ashtekar og Jerzy Lewandowski. "Baggrundsuafhængig kvantetyngdekraft: en statusrapport". Klassisk og kvantetyngdekraft 21, R53–R152 (2004).
https://doi.org/10.1088/0264-9381/21/15/r01
[7] Lee Smolin. "Sagen om baggrundsuafhængighed". I The Structural Foundations of Quantum Gravity. Oxford University Press (2006). arXiv:hep-th/0507235.
https:///doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199269693.003.0007
arXiv:hep-th/0507235
[8] L. Procopio, A. Moqnaki, M. Araujo, F. Costa, I. Calafell, E. Dowd, D. Hamel, L. Rozema, C. Brukner og P. Walther. "Eksperimentel superposition af ordrer af kvanteporte". Nat. Komm. 6 (2015).
https:///doi.org/10.1038/ncomms8913
[9] Giulia Rubino, Lee A Rozema, Adrien Feix, Mateus Araújo, Jonas M Zeuner, Lorenzo M Procopio, Časlav Brukner og Philip Walther. "Eksperimentel verifikation af en ubestemt kausal rækkefølge". Science Advances 3, e1602589 (2017).
https:///doi.org/10.1126/sciadv.1602589
[10] Giulia Rubino, Lee A. Rozema, Francesco Massa, Mateus Araújo, Magdalena Zych, Časlav Brukner og Philip Walther. "Eksperimentel sammenfiltring af tidsmæssig orden". Quantum 6, 621 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-01-11-621
[11] K. Goswami, C. Giarmatzi, M. Kewming, F. Costa, C. Branciard, J. Romero og AG White. "Ubestemt kausal rækkefølge i en kvanteswitch". Phys. Rev. Lett. 121 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.090503
[12] K. Goswami, Y. Cao, GA Paz-Silva, J. Romero og AG White. "Øget kommunikationskapacitet via superposition af ordre". Phys. Rev. Research 2, 033292 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033292
[13] Kejin Wei, Nora Tischler, Si-Ran Zhao, Yu-Huai Li, Juan Miguel Arrazola, Yang Liu, Weijun Zhang, Hao Li, Lixing You, Zhen Wang, et al. "Eksperimentel kvanteskift til eksponentielt overlegen kvantekommunikationskompleksitet". Phys. Rev. Lett. 122, 120504 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.120504
[14] Márcio M. Taddei, Jaime Cariñe, Daniel Martínez, Tania García, Nayda Guerrero, Alastair A. Abbott, Mateus Araújo, Cyril Branciard, Esteban S. Gómez, Stephen P. Walborn, Leandro Aolita og Gustavo Lima. "Beregningsfordel fra kvantesuperpositionen af flere tidsmæssige rækkefølger af fotoniske porte". PRX Quantum 2, 010320 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010320
[15] Yu Guo, Xiao-Min Hu, Zhi-Bo Hou, Huan Cao, Jin-Ming Cui, Bi-Heng Liu, Yun-Feng Huang, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo og Giulio Chiribella. "Eksperimentel transmission af kvanteinformation ved hjælp af en superposition af kausale ordener". Phys. Rev. Lett. 124, 030502 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.030502
[16] Giulia Rubino, Lee A. Rozema, Daniel Ebler, Hlér Kristjánsson, Sina Salek, Philippe Allard Guérin, Alastair A. Abbott, Cyril Branciard, Časlav Brukner, Giulio Chiribella og Philip Walther. "Eksperimentel kvantekommunikationsforbedring ved at overlejre baner". Phys. Rev. Research 3, 013093 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.013093
[17] Philippe Allard Guérin og Časlav Brukner. "Observatørafhængig lokalitet af kvantehændelser". New Journal of Physics 20, 103031 (2018).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/aae742
[18] Ognyan Oreshkov. "Tidsdelokaliserede kvanteundersystemer og -operationer: om eksistensen af processer med ubestemt kausal struktur i kvantemekanikken". Quantum 3, 206 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-12-02-206
[19] G. Chiribella, GM D'Ariano, P. Perinotti og B. Valiron. "Kvanteberegninger uden bestemt kausal struktur". Phys. Rev. A 88, 022318 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.88.022318
[20] G. Chiribella. "Perfekt diskrimination af ingen-signaleringskanaler via kvantesuperposition af kausale strukturer". Phys. Rev. A 86, 040301(R) (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.86.040301
[21] T. Colnaghi, G. D'Ariano, S. Facchini og P. Perinotti. "Kvanteberegning med programmerbare forbindelser mellem porte". Phys. Lett. A 376 (2012).
https:///doi.org/10.1016/j.physleta.2012.08.028
[22] M. Araújo, F. Costa og Č. Brukner. "Computational Advantage from Quantum-Controlled Ordering of Gates". Phys. Rev. Lett. 113, 250402 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.250402
[23] Adrien Feix, Mateus Araújo og Časlav Brukner. "Kvanteoverlejring af partiernes rækkefølge som en kommunikationsressource". Phys. Rev. A 92, 052326 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.92.052326
[24] Philippe Allard Guérin, Adrien Feix, Mateus Araújo og Časlav Brukner. "Eksponentiel kommunikationskompleksitet fordel fra kvantesuperposition af kommunikationsretningen". Phys. Rev. Lett. 117, 100502 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.100502
[25] Daniel Ebler, Sina Salek og Giulio Chiribella. "Forbedret kommunikation ved hjælp af ubestemt kausal rækkefølge". Phys. Rev. Lett. 120, 120502 (2018).
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.120.120502
[26] Sina Salek, Daniel Ebler og Giulio Chiribella. "Kvantekommunikation i en superposition af kausale ordener" (2018). arXiv:1809.06655v2.
arXiv:1809.06655v2
[27] Manish K. Gupta og Ujjwal Sen. "Transmittering af kvanteinformation ved at overlejre kausal rækkefølge af gensidigt objektive målinger" (2019). arXiv:1909.13125v1.
arXiv:1909.13125v1
[28] S. Shrapnel, F. Costa og G. Milburn. "Opdatering af Born-reglen". Ny J. Phys. 20 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aabe12
[29] M. Araujo, C. Branciard, F. Costa, A. Feix, C. Giarmatzi og C. Brukner. "Vidne til kausal næseadskillelighed". Ny. J. Phys. 17 (2015).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/10/102001
[30] A. Jamiołkowski. "Lineære transformationer, der bevarer spor og positiv semidefiniteness af operatører". Rep. Math. Phys 3, 275-278 (1972).
https://doi.org/10.1016/0034-4877(72)90011-0
[31] Man-Duen Choi. "Fuldstændig positive lineære kort på komplekse matricer". Lineær Algebra Appl. 10, 285-290 (1975).
https://doi.org/10.1016/0024-3795(75)90075-0
[32] T. Heinosaari og M. Ziman. "Kvanumteoriens matematiske sprog". Cambridge University Press. (2012).
https:///doi.org/10.1017/CBO9781139031103
[33] A. Abbott, G. Giarmatzi, F. Costa og C. Branciard. "Multipartite kausale sammenhænge: polytoper og uligheder". Phys. Rev. A 94 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.94.032131
[34] Alastair Abbott, Julian Wechs, Fabio Costa og Cyril Branciard. "Ægte flerparts ikke-kausalitet". Quantum 1, 39 (2017).
https://doi.org/10.22331/q-2017-12-14-39
[35] J. Wechs, A. Abbott og C. Branciard. "Om definitionen og karakteriseringen af flerparts kausal (ikke)adskillelighed". Ny J. Phys. 21 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/aaf352
[36] Jan Myrheim. "Statistisk geometri". Teknisk rapport CERN-TH-2538. CERN (1978). url: http:///cds.cern.ch/record/293594.
http://cds.cern.ch/record/293594
[37] Luca Bombelli, Joohan Lee, David Meyer og Rafael D. Sorkin. "Rumtid som et kausalt sæt". Phys. Rev. Lett. 59, 521-524 (1987).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.59.521
[38] G 't Hooft. "Kvantisering af punktpartikler i (2 + 1)-dimensionel tyngdekraft og rumtidsdiskretitet". klasse. og Quantum Grav. 13, 1023-1039 (1996).
https://doi.org/10.1088/0264-9381/13/5/018
[39] Renate Loll. "Diskrete tilgange til kvantetyngdekraft i fire dimensioner". Living Reviews in Relativity 1, 13 (1998).
https:///doi.org/10.12942/lrr-1998-13
[40] Fay Dowker. "Kausale sæt som diskret rumtid". Contemp. Phys. 47, 1-9 (2006).
https:///doi.org/10.1080/17445760500356833
[41] Pablo Arrighi, Marios Christodoulou og Amélia Durbec. "Kvantesuperpositioner af grafer" (2020). arXiv:2010.13579.
arXiv: 2010.13579
[42] S. Bartlett, T. Rudolph og R. Spekkens. "Referencerammer, superselektionsregler og kvanteinformation". Rev. Mod. Phys. 79 (2007).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.79.555
[43] Lachlan Parker. "Permutationsinvarians i kvanteprocesser." Udmærkelse afhandling. University of Queensland. (2020).
https:///doi.org/10.14264/4ab01e5
[44] C. Branciard, M. Araujo, A. Feix, F. Costa og C. Brukner. "De simpleste kausale uligheder og deres krænkelse". Ny J. Phys. 27 (2015).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/1/013008
[45] Don N. Page og William K. Wootters. "Evolution uden evolution: Dynamik beskrevet af stationære observerbare". Phys. Rev. D 27, 2885-2892 (1983).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.27.2885
[46] Carlo Rovelli. "Relationel kvantemekanik". International Journal of Theoretical Physics 35, 1637–1678 (1996).
https:///doi.org/10.1007/BF02302261
[47] David Poulin. "Legetøjsmodel for en relationel formulering af kvanteteori". International Journal of Theoretical Physics 45, 1189–1215 (2006).
https://doi.org/10.1007/s10773-006-9052-0
[48] Vittorio Giovannetti, Seth Lloyd og Lorenzo Maccone. "Kvantetid". Phys. Rev. D 92, 045033 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.92.045033
[49] Takayuki Miyadera, Leon Loveridge og Paul Busch. "Approksimation af relationelle observerbare ved absolutte mængder: en afvejning mellem kvante nøjagtighed og størrelse". Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 49, 185301 (2016).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/49/18/185301
[50] Flaminia Giacomini, Esteban Castro-Ruiz og Časlav Brukner. "Kvantemekanik og kovariansen af fysiske love i kvantereferencerammer". Nature Communications 10, 494 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-08155-0
[51] Alexander RH Smith og Mehdi Ahmadi. "Kvantiseringstid: Interagerende ure og systemer". Quantum 3, 160 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-08-160
[52] Lucien Hardy. "Operationel generel relativitet: Possibilistisk, probabilistisk og kvante" (2016). arXiv:1608.06940.
arXiv: 1608.06940
[53] Magdalena Zych, Fabio Costa og Timothy C. Ralph. "Relativitet af kvantesuperpositioner" (2018). arXiv:1809.04999.
arXiv: 1809.04999
Citeret af
[1] Matheus Capela, Harshit Verma, Fabio Costa og Lucas Chibebe Céleri, "Ubestemt kausal rækkefølge er ikke altid en ressource for termodynamiske processer", arXiv: 2208.03205.
Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2022-11-28 18:53:22). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.
Kunne ikke hente Crossref citeret af data under sidste forsøg 2022-11-28 18:53:20: Kunne ikke hente citerede data for 10.22331/q-2022-11-28-865 fra Crossref. Dette er normalt, hvis DOI blev registreret for nylig.
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.
