Inflație: o bibliotecă Python pentru compatibilitate cauzală clasică și cuantică

Inflație: o bibliotecă Python pentru compatibilitate cauzală clasică și cuantică

Marca temporală: 4 mai 2023, ora 8:57

Emanuel-Cristian Boghiu1, Elie Wolfe2, și Alejandro Pozas-Kerstjens3

1ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, Institutul de Știință și Tehnologie din Barcelona, ​​08860 Castelldefels (Barcelona), Spania
2Institutul Perimetru pentru Fizică Teoretică, 31 Caroline St. N., Waterloo, Ontario, Canada, N2L 2Y5
3Instituto de Ciencias Matemáticas (CSIC-UAM-UC3M-UCM), 28049 Madrid, Spania

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Introducem Inflația, o bibliotecă Python pentru a evalua dacă o distribuție de probabilitate observată este compatibilă cu o explicație cauzală. Aceasta este o problemă centrală atât în ​​științele teoretice, cât și în cele aplicate, care a cunoscut recent progrese semnificative din zona nonlocalității cuantice, și anume, în dezvoltarea tehnicilor inflației. Inflația este un set de instrumente extensibil care este capabil să rezolve probleme de compatibilitate cauzală pură și să optimizeze (relaxările) seturi de corelații compatibile atât în ​​paradigma clasică, cât și în cea cuantică. Biblioteca este concepută pentru a fi modulară și cu capacitatea de a fi gata de utilizare, păstrând în același timp un acces ușor la obiectele de nivel scăzut pentru modificări personalizate.

Inflation: a Python library for classical and quantum causal compatibility PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Imagine prezentată: Stânga: scenariul triunghiului, în care valorile a trei variabile aleatoare vizibile, $A$, $B$ și $C$, sunt influențate fiecare de două diferite din cele trei variabile latente $rho_{AB}$, $rho_{BC}$ și $rho_{AC}$. Aceste variabile latente pot fi alese să fie fie surse ale aleatoriei partajate, fie ale stărilor cuantice. Fiecare parte își creează valoarea variabilei aleatoare prin operarea pe sistemele primite, ca în $E_a$. Răspunsul dacă o distribuție de probabilitate peste valorile date de $A$, $B$ și $C$ este compatibilă cu această structură este o problemă dificilă din punct de vedere numeric.

Dreapta: inflația cuantică de ordinul doi a scenariului triunghiului. Inflația ia în considerare copii ale stărilor și măsurătorilor așa cum sunt descrise. Utilizarea de copii ale elementelor originale implică multe simetrii, astfel că distribuțiile compatibile cu acest scenariu pot fi caracterizate prin programare semidefinită.

Rezumat popular

Una dintre principalele provocări în știință este identificarea care sunt cauzele din spatele unor corelații observate. Este un vaccin eficient împotriva unei boli? Creșterea salariilor încurajează cheltuielile? Toate aceste întrebări pot fi formulate analizate folosind instrumentele de inferență cauzală, dar sunt adesea greu de răspuns numeric. Recent, în domeniul nonlocalității cuantice au apărut noi instrumente, numite metode de inflație, care permit relaxarea acestor probleme grele la cele tratabile numeric. În această lucrare prezentăm un pachet Python care implementează astfel de metode.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] Perla Iudeei. „Cauzalitate: modele, raționament și inferență”. Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[2] Dan Geiger și Christopher Meek. „Eliminarea cuantificatorilor pentru probleme statistice”. În Proc. a 15-a Conf. nesigur. Artif. Intelege. (AUAI, 1999). Pagina 226–235. (1995). arXiv:1301.6698.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1301.6698
arXiv: 1301.6698

[3] Jin Tian și Judea Pearl. „Despre implicațiile testabile ale modelelor cauzale cu variabile ascunse”. În Proc. a 18-a Conf. nesigur. Artif. Intelege. (AUAI, 2002). Pagina 519–527. (2002). arXiv:1301.0608.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1301.0608
arXiv: 1301.0608

[4] Luis David Garcia, Michael Stillman și Bernd Sturmfels. „Geometria algebrică a rețelelor bayesiene”. J. Symb. Calculator. 39, 331–355 (2005). arXiv:math/​0301255.
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.jsc.2004.11.007
arXiv: math / 0301255

[5] Luis David Garcia. „Statistici algebrice în selecția modelului”. În Proc. a 20-a Conf. nesigur. Artif. Intelege. (AUAI, 2004). Pagina 177–184. (2014). arXiv:1207.4112.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1207.4112
arXiv: 1207.4112

[6] Ciarán M. Lee și Robert W. Spekkens. „Inferența cauzală prin geometrie algebrică: teste de fezabilitate pentru structuri cauzale funcționale cu două variabile binare observate”. 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 și Stephanie Wehner. „Nelocalitatea clopoțelului”. Rev. Mod. Fiz. 86, 419–478 (2014). arXiv:1303.2849.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
arXiv: 1303.2849

[8] John S. Bell. „Despre paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen”. Physics Physique Fizika 1, 195–200 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[9] Christopher J. Wood și Robert W. Spekkens. „Lecția de algoritmi de descoperire cauzală pentru corelații cuantice: explicațiile cauzale ale încălcărilor inegalității Bell necesită o reglare fină”. New 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 și David Gross. „Cadru unificator pentru relaxarea ipotezelor cauzale din teorema lui Bell”. Fiz. Rev. Lett. 114, 140403 (2015). arXiv:1411.4648.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
arXiv: 1411.4648

[11] Cyril Branciard, Nicolas Gisin și Stefano Pironio. „Caracterizarea corelațiilor non-locale create prin încrucișarea încrucișării”. Fiz. 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 și Stefano Pironio. „Corelații bilocale versus nonbilocale în experimentele de încrucișare-schimbare”. Fiz. Rev. A 85, 032119 (2012). arXiv:1112.4502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.032119
arXiv: 1112.4502

[13] Tobias Fritz. „Dincolo de teorema lui Bell: scenarii de corelație”. New 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 și Elie Wolfe. „Inegalități de compatibilitate cauzală care admit încălcări cuantice în structura triunghiului”. Fiz. 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 și Elie Wolfe. „Încălcări cuantice în scenariul instrumental și relațiile lor cu scenariul Bell”. 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 și Marc-Olivier Renou. „Nonlocalitatea clopoțelului în rețele”. Rep. Prog. Fiz. 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 și Antonio Acín. „Delimitarea setului de corelații clasice și cuantice în rețele”. Fiz. 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 și David Gross. „Teste semidefinite pentru structuri cauzale latente”. IEEE Trans. Inf. Teoria 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 și Rafael Chaves. „Teste semidefinite pentru topologiile rețelelor cuantice”. Fiz. Rev. Lett. 125, 110505 (2020). arXiv:2002.05801.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.110505
arXiv: 2002.05801

[20] Ming-Xing Luo. „Inegalități Bell neliniare eficiente din punct de vedere informatic pentru rețelele cuantice”. Fiz. 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 și Nicolas Brunner. „Limite ale corelațiilor în rețele pentru resurse cuantice și fără semnalizare”. Fiz. 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 și Tobias Fritz. „Tehnica inflației pentru inferența cauzală cu variabile latente”. 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 și Miguel Navascués. „Inflația cuantică: o abordare generală a compatibilității cauzale cuantice”. Fiz. 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 și Nicolas Brunner. „Constrângeri privind nonlocalitatea în rețele de la lipsa semnalizării și independența”. Nat. comun. 11, 2378 (2020). arXiv:1906.06495.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16137-4
arXiv: 1906.06495

[25] Alejandro Pozas-Kerstjens, Nicolas Gisin și Armin Tavakoli. „Nonlocalitate de rețea completă”. Fiz. 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 și Marc-Olivier Renou. „Dovezi de nonlocalitate cuantică a rețelei în familii continue de distribuții”. Fiz. 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 și Alejandro Pozas-Kerstjens. „Codul sursă pentru inflație”. Zenodo 7305544 (2022).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.7305544

[28] Flavio Baccari, Daniel Cavalcanti, Peter Wittek și Antonio Acín. „Detecție eficientă a încurcăturii independentă de dispozitiv pentru sistemele multipartite”. Fiz. Rev. X 7, 021042 (2017). arXiv:1612.08551.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.021042
arXiv: 1612.08551

[29] Greg ver Steeg și Aram Galstyan. „O secvență de relaxări care constrâng modelele de variabile ascunse”. În lucrările celei de-a douăzeci și șaptea conferințe privind incertitudinea în inteligența artificială. Pagina 717–726. UAI'11Arlington, Virginia, SUA (2011). AUAI Press. arXiv:1106.1636.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1106.1636
arXiv: 1106.1636

[30] Miguel Navascués și Elie Wolfe. „Tehnica inflației rezolvă complet problema compatibilității cauzale”. 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 și David Gross. „Ierarhia inflației și ierarhia polarizării sunt complete pentru scenariul bilocal cuantic” (2022). arXiv:2212.11299.
arXiv: 2212.11299

[32] Laurens T. Ligthart, Mariami Gachechiladze și David Gross. „O ierarhie convergentă a inflației pentru structurile cauzale cuantice” (2021). arXiv:2110.14659.
arXiv: 2110.14659

[33] Charles R. Harris, K. Jarrod Millman, Stéfan J. van der Walt, et al. „Programare matrice cu NumPy”. Nature 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[34] Aaron Meurer, Christopher P. Smith, Mateusz Paprocki și colab. „SymPy: calcul simbolic în 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: algoritmi fundamentali pentru calculul științific în Python”. Nat. Metodele 17, 261–272 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41592-019-0686-2

[36] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou și Stanley Seibert. „Numba: un compilator Python JIT bazat pe LLVM”. În Proceedings of the Second Workshop on the LLVM Compiler Infrastructure in HPC. LLVM '15 New York, NY, SUA (2015). Asociația pentru Mașini de Calcul.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

[37] MOSEK ApS. „MOSEK Fusion API pentru Python”. https://​/​docs.mosek.com/​latest/​pythonfusion/​index.html (2019).
https://​/​docs.mosek.com/​latest/​pythonfusion/​index.html

[38] Johann Löfberg. „YALMIP: O cutie de instrumente pentru modelare și optimizare în MATLAB”. În Proceedings of the CACSD Conference. Taipei, Taiwan (2004). url: yalmip.github.io/​.
https://​/​yalmip.github.io/​

[39] Miguel Navascués, Stefano Pironio și Antonio Acín. „Delimitarea setului de corelații cuantice”. Fiz. 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 și Antonio Acín. „O ierarhie convergentă de programe semidefinite care caracterizează setul de corelații cuantice”. New 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 și Antonio Acín. „Relaxări convergente ale problemelor de optimizare polinomială cu variabile care nu fac navetă”. 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 și Otfried Gühne. „Cuantificarea încrucișării independentă de dispozitiv și aplicații conexe”. Fiz. Rev. Lett. 111, 030501 (2013). arXiv:1302.1336.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.030501
arXiv: 1302.1336

[43] Alejandro Pozas-Kerstjens. „Informația cuantică în afara informațiilor cuantice”. Teză de doctorat. Universitat Politécnica de Catalunya. (2019). url: http://​/​hdl.handle.net/​10803/​667696.
http: / / hdl.handle.net/ 10803 / 667696

[44] N. David Mermin. „Mistere cuantice revăzute”. Amer. J. Fiz. 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 și Antonio Acín. „Nonlocalitate cu un singur foton în rețelele cuantice”. Fiz. Rev. Research 4, L012041 (2022). arXiv:2108.01726.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.4.L012041
arXiv: 2108.01726

[46] Mariami Gachechiladze, Nikolai Miklin și Rafael Chaves. „Cuantificarea influențelor cauzale în prezența unei cauze comune cuantice”. Fiz. 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 și Fabio Sciarrino. „Generarea aleatorie certificată independentă de dispozitive experimentale cu o structură cauzală instrumentală”. comun. Fiz. 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 și Fabio Sciarrino. „Testul experimental al influențelor cauzale cuantice”. Sci. Adv. 8, eabm1515 (2022). arXiv:2108.08926.
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abm1515
arXiv: 2108.08926

[49] Shane Mansfield și Tobias Fritz. „Paradoxul non-localității lui Hardy și condițiile posibiliste pentru non-localitate”. Găsite. Fiz. 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 și Jean-Daniel Bancal. „RepLAB: O abordare computațională/numerică a teoriei reprezentării”. În Teoria cuantică și simetrii. Paginile 643–653. Seria CRM în fizică matematică. 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 și Reha H. Tütüncü. „SDPT3 — un pachet software MATLAB pentru programare semidefinită”. Optim. Metode Softw. 11, 545–581 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805762

[52] Steven Diamond și Stephen Boyd. „CVXPY: Un limbaj de modelare încorporat în Python pentru optimizarea convexă”. J. Mach. Învăța. 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 și Stephen Boyd. „SCS: Splitting Conic Solver”. https://​/​github.com/​cvxgrp/​scs (2021).
https://​/​github.com/​cvxgrp/​scs

[54] Gurobi Optimization, LLC. „Manual de referință Gurobi Optimizer”. https://​/​www.gurobi.com (2022).
https://​/​www.gurobi.com

[55] Guillaume Sagnol și Maximilian Stahlberg. „PICOS: O interfață Python pentru soluții de optimizare conică”. J. Open Source Softw. 7, 3915 (2022).
https: / / doi.org/ 10.21105 / joss.03915

[56] Martin S. Andersen, Joachim Dahl și Lieven Vandenberghe. „CVXOPT: software Python pentru optimizare convexă”. http://​/​cvxopt.org/​ (2015).
http://​/​cvxopt.org/​

[57] Daniel Brosch și Etienne de Klerk. „Reducerea simetriei Jordan pentru optimizarea conică peste conul dublu nenegativ: teorie și software”. Optim. Metode Softw. 37, 2001–2020 (2022). arXiv:2001.11348.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556788.2021.2022146
arXiv: 2001.11348

Citat de

[1] Robin Lorenz și Sean Tull, „Modele cauzale în diagrame cu șiruri”, arXiv: 2304.07638, (2023).

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2023-05-05 01:00:09). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

On Serviciul citat de Crossref nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2023-05-05 01:00:08).

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic