Центр инженерных квантовых систем, Школа математики и физики, Университет Квинсленда, QLD 4072, Австралия
Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.
Абстрактные
Одним из ключевых отличий квантовой механики от теории относительности является то, что она требует фиксированной фоновой системы отсчета для пространства-времени. Фактически это представляется одним из основных концептуальных препятствий для объединения двух теорий. Кроме того, ожидается, что комбинация двух теорий приведет к неклассическим или «неопределенным» каузальным структурам. В этой статье мы представляем независимую от фона формулировку формализма матрицы процесса — формы квантовой механики, которая допускает неопределенную причинно-следственную структуру — при сохранении четко определенной статистики измерений. Мы делаем это, постулируя произвольное распределение вероятностей результатов измерений в дискретных «кусках» пространства-времени, которые мы думаем как о физических лабораториях, а затем требуя, чтобы это распределение было инвариантным при любой перестановке лабораторий. Мы обнаруживаем, что (а) по-прежнему получаются нетривиальные, неопределенные каузальные структуры с независимостью от фона, (б) что мы теряем идею локальных операций в разных лабораториях, но можем восстановить ее, кодируя систему отсчета в физические состояния нашей системы, и (c) что инвариантность к перестановкам накладывает неожиданные ограничения симметрии, которые, хотя формально похожи на правило суперотбора, не могут быть интерпретированы как таковые.
► Данные BibTeX
► Рекомендации
[1] Джереми Баттерфилд и Кристофер Дж. Ишам. «Пространство-время и философский вызов квантовой гравитации». Страницы 33–89. Издательство Кембриджского университета. (1999). arXiv:gr-qc/9903072.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511612909.003
Arxiv: гр-дс / 9903072
[2] Люсьен Харди. «Теории вероятностей с динамической причинно-следственной структурой: новая структура квантовой гравитации» (2005 г.). arXiv:gr-qc/0509120.
Arxiv: гр-дс / 0509120
[3] Огнян Орешков, Фабио Коста и Часлав Брукнер. «Квантовые корреляции без причинного порядка». Нац. коммун. 3 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2076
[4] К. Ровелли. «Что можно наблюдать в классической и квантовой гравитации?». Учебный класс. Квантовая Грав. 8 (1991).
https://doi.org/10.1088/0264-9381/8/2/011
[5] Джон Д. Нортон. «Дырочный аргумент». В Эдвард Н. Залта, редактор Стэнфордской энциклопедии философии. Лаборатория метафизических исследований, Стэнфордский университет (2019). Летний выпуск 2019 года.
https:///plato.stanford.edu/archives/sum2019/entries/spacetime-holearg/
[6] Абхай Аштекар и Ежи Левандовски. «Фоновая независимая квантовая гравитация: отчет о состоянии». Классическая и квантовая гравитация 21, R53–R152 (2004).
https://doi.org/10.1088/0264-9381/21/15/r01
[7] Ли Смолин. «Дело о фоновой независимости». В «Структурных основах квантовой гравитации». Издательство Оксфордского университета (2006). arXiv:hep-th/0507235.
https: / / doi.org/ 10.1093 / acprof: осо / 9780199269693.003.0007
Arxiv: геп-й / 0507235
[8] Л. Прокопио, А. Могнаки, М. Араужо, Ф. Коста, И. Калафель, Э. Дауд, Д. Хамель, Л. Розема, К. Брукнер и П. Вальтер. «Экспериментальная суперпозиция порядков квантовых вентилей». Нац. Связь 6 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms8913
[9] Джулия Рубино, Ли А. Розема, Адриен Фейкс, Матеус Араужо, Йонас М. Цойнер, Лоренцо М. Прокопио, Часлав Брукнер и Филип Вальтер. «Экспериментальная проверка неопределенного причинного порядка». Научные достижения 3, e1602589 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1602589
[10] Джулия Рубино, Ли А. Розема, Франческо Масса, Матеус Араужо, Магдалена Зих, Часлав Брукнер и Филип Вальтер. «Экспериментальная запутанность временного порядка». Квант 6, 621 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-01-11-621
[11] К. Госвами, К. Джармаци, М. Кьюминг, Ф. Коста, К. Бранчард, Дж. Ромеро и А. Г. Уайт. «Неопределенный причинный порядок в квантовом переключателе». физ. Преподобный Летт. 121 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.090503
[12] К. Госвами, Ю. Цао, Г.А. Пас-Сильва, Дж. Ромеро и А.Г. Уайт. «Повышение коммуникативной способности посредством суперпозиции порядка». физ. Rev. Research 2, 033292 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033292
[13] Кеджин Вей, Нора Тишлер, Си-Ран Чжао, Ю-Хуай Ли, Хуан Мигель Арразола, Ян Лю, Вэйцзюнь Чжан, Хао Ли, Ликсинг Ю, Чжэнь Ван и др. «Экспериментальное квантовое переключение для экспоненциально превосходящей сложности квантовой связи». физ. Преподобный Летт. 122, 120504 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.120504
[14] Марсио М. Таддей, Хайме Каринье, Даниэль Мартинес, Таня Гарсия, Найда Герреро, Аластер А. Эбботт, Матеус Араухо, Сирил Брансиард, Эстебан С. Гомес, Стивен П. Уолборн, Леандро Аолита и Густаво Лима. «Вычислительное преимущество квантовой суперпозиции нескольких временных порядков фотонных ворот». PRX Quantum 2, 010320 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010320
[15] Ю Го, Сяо-Мин Ху, Чжи-Бо Хоу, Хуан Цао, Цзинь-Мин Цуй, Би-Хэн Лю, Юнь-Фэн Хуан, Чуан-Фэн Ли, Гуан-Цань Го и Джулио Чирибелла. «Экспериментальная передача квантовой информации с использованием суперпозиции причинных порядков». физ. Преподобный Летт. 124, 030502 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.030502
[16] Джулия Рубино, Ли А. Розема, Даниэль Эблер, Хлер Кристьянссон, Сина Салек, Филипп Аллар Герен, Аластер А. Эбботт, Сирил Бранчард, Часлав Брукнер, Джулио Чирибелла и Филип Вальтер. «Экспериментальное улучшение квантовой связи путем наложения траекторий». физ. Rev. Research 3, 013093 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.013093
[17] Филипп Аллар Герен и Часлав Брукнер. «Зависимая от наблюдателя локальность квантовых событий». Новый журнал физики 20, 103031 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aae742
[18] Огнян Орешков. «Делокализованные во времени квантовые подсистемы и операции: о существовании процессов с неопределенной причинной структурой в квантовой механике». Квант 3, 206 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-12-02-206
[19] Г. Чирибелла, Г. М. Д'Ариано, П. Перинотти и Б. Валирон. «Квантовые вычисления без определенной причинной структуры». физ. Ред. А 88, 022318 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.022318
[20] Г. Чирибелла. «Идеальное различение несигнальных каналов посредством квантовой суперпозиции причинных структур». физ. Ред. А 86, 040301 (R) (2012 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.040301
[21] Т. Колнаги, Г. Д'Ариано, С. Факкини и П. Перинотти. «Квантовые вычисления с программируемыми соединениями между вентилями». физ. лат. А 376 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2012.08.028
[22] М. Араужо, Ф. Коста и Ч. Брукнер. «Вычислительное преимущество квантово-управляемого упорядочения ворот». физ. Преподобный Летт. 113, 250402 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.250402
[23] Адриан Фейкс, Матеуш Арауйо и Часлав Брукнер. «Квантовая суперпозиция порядка сторон как коммуникативный ресурс». физ. Ред. А 92, 052326 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052326
[24] Филипп Аллар Герен, Адриан Фейкс, Матеуш Араужо и Часлав Брукнер. «Преимущество экспоненциальной сложности связи от квантовой суперпозиции направления связи». физ. Преподобный Летт. 117, 100502 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.100502
[25] Даниэль Эблер, Сина Салек и Джулио Чирибелла. «Расширенная связь с помощью неопределенного причинного порядка». физ. Преподобный Летт. 120, 120502 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.120.120502
[26] Сина Салек, Даниэль Эблер и Джулио Чирибелла. «Квантовая коммуникация в суперпозиции каузальных порядков» (2018). архив: 1809.06655v2.
Arxiv: 1809.06655v2
[27] Маниш К. Гупта и Уджвал Сен. «Передача квантовой информации путем наложения причинного порядка взаимно несмещенных измерений» (2019). архив: 1909.13125v1.
Arxiv: 1909.13125v1
[28] С. Шрапнель, Ф. Коста и Г. Милберн. «Обновление правила Борна». New J. Phys. 20 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aabe12
[29] М. Араужо, К. Бранчард, Ф. Коста, А. Фейкс, К. Джармаци и К. Брукнер. «Свидетельство причинной носопереносимости». Новый. Дж. Физ. 17 (2015).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/10/102001
[30] А. Ямиолковский. «Линейные преобразования, сохраняющие след и положительную полуопределенность операторов». Респ. Матем. Phys 3, 275–278 (1972).
https://doi.org/10.1016/0034-4877(72)90011-0
[31] Ман-Дуэн Чой. «Вполне положительные линейные отображения на комплексных матрицах». Приложение линейной алгебры. 10, 285–290 (1975).
https://doi.org/10.1016/0024-3795(75)90075-0
[32] Т. Хейносаари и М. Зиман. «Математический язык квантовой теории». Издательство Кембриджского университета. (2012).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139031103
[33] А. Эбботт, Г. Джармаци, Ф. Коста и К. Бранчард. «Многочастные причинно-следственные связи: многогранники и неравенства». физ. Ред. А 94 (2016 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.032131
[34] Аластер Эбботт, Джулиан Векс, Фабио Коста и Сирил Бранчард. «Подлинно многочастная непричинность». Квант 1, 39 (2017).
https://doi.org/10.22331/q-2017-12-14-39
[35] Дж. Векс, А. Эббот и К. Бранчард. «Об определении и характеристике многочастной причинной (не)отделимости». New J. Phys. 21 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aaf352
[36] Ян Мирхейм. «Статистическая геометрия». Технический отчет CERN-TH-2538. ЦЕРН (1978). URL-адрес: http:///cds.cern.ch/record/293594.
http:///cds.cern.ch/record/293594
[37] Лука Бомбелли, Джухан Ли, Дэвид Мейер и Рафаэль Д. Соркин. «Пространство-время как причинное множество». физ. Преподобный Летт. 59, 521–524 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.59.521
[38] Г'т Хофт. «Квантование точечных частиц в (2 + 1)-мерной гравитации и дискретности пространства-времени». Учебный класс. и квантовая гравитация. 13, 1023–1039 (1996).
https://doi.org/10.1088/0264-9381/13/5/018
[39] Рената Лол. «Дискретные подходы к квантовой гравитации в четырех измерениях». Живые обзоры относительности 1, 13 (1998).
https: / / doi.org/ 10.12942 / LRR-1998-13
[40] Фэй Доукер. «Каузальные множества как дискретное пространство-время». Контемп. физ. 47, 1–9 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 17445760500356833
[41] Пабло Арриги, Мариос Христодулу и Амелия Дурбек. «Квантовые суперпозиции графов» (2020). архив: 2010.13579.
Arxiv: 2010.13579
[42] С. Бартлетт, Т. Рудольф и Р. Спеккенс. «Системы отсчета, правила суперотбора и квантовая информация». Преподобный Мод. физ. 79 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.555
[43] Лахлан Паркер. «Перестановочная инвариантность в квантовых процессах». Диплом с отличием. Университет Квинсленда. (2020).
https:///doi.org/10.14264/4ab01e5
[44] К. Бранчард, М. Араужо, А. Фейкс, Ф. Коста и К. Брукнер. «Простейшие причинные неравенства и их нарушение». New J. Phys. 27 (2015).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/1/013008
[45] Дон Н. Пейдж и Уильям К. Вуттерс. «Эволюция без эволюции: динамика, описываемая стационарными наблюдаемыми». физ. Ред. D 27, 2885–2892 (1983).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.27.2885
[46] Карло Ровелли. «Реляционная квантовая механика». Международный журнал теоретической физики 35, 1637–1678 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02302261
[47] Дэвид Пулин. «Игрушечная модель для реляционной формулировки квантовой теории». Международный журнал теоретической физики 45, 1189–1215 (2006).
https://doi.org/10.1007/s10773-006-9052-0
[48] Витторио Джованнетти, Сет Ллойд и Лоренцо Макконе. «Квантовое время». физ. Ред. Д 92, 045033 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.92.045033
[49] Такаюки Миядера, Леон Ловеридж и Пол Буш. «Аппроксимация реляционных наблюдаемых абсолютными величинами: компромисс между квантовой точностью и размером». Журнал физики A: Mathematical and Theoretical 49, 185301 (2016).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/49/18/185301
[50] Фламиния Джакомини, Эстебан Кастро-Руис и Часлав Брукнер. «Квантовая механика и ковариантность физических законов в квантовых системах отсчета». Nature Communications 10, 494 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-08155-0
[51] Александр Р. Х. Смит и Мехди Ахмади. «Квантование времени: взаимодействующие часы и системы». Квант 3, 160 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-08-160
[52] Люсьен Харди. «Операционная общая теория относительности: возможностная, вероятностная и квантовая» (2016). архив: 1608.06940.
Arxiv: 1608.06940
[53] Магдалена Зич, Фабио Коста и Тимоти С. Ральф. «Относительность квантовых суперпозиций» (2018). архив: 1809.04999.
Arxiv: 1809.04999
Цитируется
[1] Матеус Капела, Харшит Верма, Фабио Коста и Лукас Чибебе Селери, «Неопределенный причинно-следственный порядок не всегда является ресурсом для термодинамических процессов», Arxiv: 2208.03205.
Приведенные цитаты из САО / НАСА ADS (последнее обновление успешно 2022-11-28 18:53:22). Список может быть неполным, поскольку не все издатели предоставляют подходящие и полные данные о цитировании.
Не удалось получить Перекрестная ссылка на данные во время последней попытки 2022-11-28 18:53:20: Не удалось получить цитируемые данные для 10.22331 / q-2022-11-28-865 от Crossref. Это нормально, если DOI был зарегистрирован недавно.
Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.
