Inflacija: knjižnica Python za klasično in kvantno vzročno združljivost

Inflacija: knjižnica Python za klasično in kvantno vzročno združljivost

Časovni žig: 4. maj 2023 8:57

Emanuel-Cristian Boghiu1, Elie Wolfe2in Alejandro Pozas-Kerstjens3

1ICFO - Institut de Ciences Fotoniques, Barcelonski inštitut za znanost in tehnologijo, 08860 Castelldefels (Barcelona), Španija
2Inštitut za teoretično fiziko Perimeter, 31 Caroline St. N., Waterloo, Ontario, Kanada, N2L 2Y5
3Instituto de Ciencias Matemáticas (CSIC-UAM-UC3M-UCM), 28049 Madrid, Španija

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

Predstavljamo Inflation, knjižnico Python za ocenjevanje, ali je opazovana porazdelitev verjetnosti združljiva z vzročno razlago. To je osrednji problem tako v teoretični kot uporabni znanosti, ki je v zadnjem času priča pomembnemu napredku s področja kvantne nelokalnosti, in sicer v razvoju inflacijskih tehnik. Inflacija je razširljiv nabor orodij, ki je sposoben rešiti težave s čisto vzročno združljivostjo in optimizacijo nad (sprostitvami) nizov združljivih korelacij tako v klasični kot kvantni paradigmi. Knjižnica je zasnovana tako, da je modularna in z možnostjo, da je pripravljena za uporabo, hkrati pa ohranja enostaven dostop do objektov nizke ravni za prilagoditve po meri.

Inflacija: knjižnica Python za klasično in kvantno vzročno združljivost PlatoBlockchain Data Intelligence. Navpično iskanje. Ai.

Predstavljena slika: levo: scenarij trikotnika, pri katerem na vrednosti treh vidnih naključnih spremenljivk, $A$, $B$ in $C$, vplivata dve različni od treh latentnih spremenljivk $rho_{AB}$, $rho_{BC}$ in $rho_{AC}$. Te latentne spremenljivke lahko izberemo kot vire skupne naključnosti ali skupnih kvantnih stanj. Vsaka stran ustvari vrednost svoje naključne spremenljivke z delovanjem na prejetih sistemih, kot v $E_a$. Odgovor na to, ali je verjetnostna porazdelitev vrednosti, ki jih izpišejo $A$, $B$ in $C$, združljiva s to strukturo, je numerično težak problem.

Desno: kvantna inflacija drugega reda scenarija trikotnika. Inflacija upošteva kopije stanja in meritev, kot so prikazane. Uporaba kopij izvirnih elementov pomeni številne simetrije, zato je mogoče distribucije, združljive s tem scenarijem, označiti s poldoločenim programiranjem.

Priljubljen povzetek

Eden glavnih izzivov v znanosti je ugotoviti, kateri so vzroki za nekatere opažene korelacije. Ali je cepivo učinkovito proti bolezni? Ali dvig plač spodbuja trošenje? Vsa ta vprašanja je mogoče formulirati in analizirati z uporabo orodij vzročnega sklepanja, vendar je nanje pogosto številčno težko odgovoriti. Pred kratkim so se pojavila nova orodja na področju kvantne nelokalnosti, imenovane metode inflacije, ki omogočajo sprostitev teh težkih problemov na numerično obvladljive. V tem delu predstavljamo paket Python, ki izvaja takšne metode.

► BibTeX podatki

► Reference

[1] Judejski biser. "Vzročnost: modeli, sklepanje in sklepanje". Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[2] Dan Geiger in Christopher Meek. “Odprava kvantifikatorja za statistične probleme”. V Proc. 15. konf. Negotovo. Artif. Intell. (AUAI, 1999). Stran 226–235. (1995). arXiv:1301.6698.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1301.6698
arXiv: 1301.6698

[3] Jin Tian in Judea Pearl. “O preizkušljivih implikacijah vzročnih modelov s skritimi spremenljivkami”. V Proc. 18. konf. Negotovo. Artif. Intell. (AUAI, 2002). Stran 519–527. (2002). arXiv:1301.0608.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1301.0608
arXiv: 1301.0608

[4] Luis David Garcia, Michael Stillman in Bernd Sturmfels. “Algebraična geometrija Bayesovih mrež”. J. Symb. Računalništvo. 39, 331–355 (2005). arXiv:math/​0301255.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.jsc.2004.11.007
arXiv: matematika / 0301255

[5] Luis David Garcia. “Algebraična statistika pri izbiri modelov”. V Proc. 20. konf. Negotovo. Artif. Intell. (AUAI, 2004). Stran 177–184. (2014). arXiv:1207.4112.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1207.4112
arXiv: 1207.4112

[6] Ciarán M. Lee in Robert W. Spekkens. "Vzročno sklepanje prek algebraične geometrije: testi izvedljivosti za funkcionalne vzročne strukture z dvema binarnima opazovanima spremenljivkama". J. Vzročna inferenca 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 in Stephanie Wehner. "Nelokalnost zvonca". 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. "O paradoksu Einstein-Podolsky-Rosen". Physics Physique Fizika 1, 195–200 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[9] Christopher J. Wood in Robert W. Spekkens. "Lekcija algoritmov za vzročno odkrivanje kvantnih korelacij: vzročne razlage kršitev Bell-neenakosti zahtevajo natančno nastavitev". 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 in David Gross. “Poenoteni okvir za sprostitev vzročnih predpostavk v Bellovem izreku”. 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 in Stefano Pironio. "Karakterizacija nelokalnih korelacij, ustvarjenih z zamenjavo zapletenosti". 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 in Stefano Pironio. "Bilokalne proti nebilokalnim korelacijam v poskusih zamenjave zapletov". Phys. Rev. A 85, 032119 (2012). arXiv:1112.4502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.032119
arXiv: 1112.4502

[13] Tobias Fritz. “Onkraj Bellovega izreka: korelacijski scenariji”. 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 in Elie Wolfe. "Neenakosti vzročne združljivosti, ki dopuščajo kvantne kršitve v strukturi trikotnika". 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 in Elie Wolfe. "Kvantne kršitve v instrumentalnem scenariju in njihove povezave z Bellovim scenarijem". 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 in Marc-Olivier Renou. "Bell nelokalnost v omrežjih". 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 in Antonio Acín. “Omejevanje nizov klasičnih in kvantnih korelacije v omrežjih”. 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 in David Gross. "Poldoločeni testi za latentne vzročne strukture". IEEE Trans. Inf. Teorija 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 in Rafael Chaves. "Poldefinitni testi za topologije kvantnih omrežij". Phys. Rev. Lett. 125, 110505 (2020). arXiv:2002.05801.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.110505
arXiv: 2002.05801

[20] Ming-Xing Luo. Računalniško učinkovite nelinearne Bellove neenakosti za kvantna omrežja. 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 in Nicolas Brunner. "Omejitve korelacije v omrežjih za kvantne vire in vire brez signaliziranja". 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 in Tobias Fritz. "Tehnika inflacije za vzročno sklepanje z latentnimi spremenljivkami". J. Vzročna inferenca 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 in Miguel Navascués. "Kvantna inflacija: splošni pristop k kvantni vzročni združljivosti". 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 in Nicolas Brunner. "Omejitve nelokalnosti v omrežjih zaradi nesignaliziranja in neodvisnosti". Nat. Komun. 11, 2378 (2020). arXiv:1906.06495.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16137-4
arXiv: 1906.06495

[25] Alejandro Pozas-Kerstjens, Nicolas Gisin in Armin Tavakoli. "Popolna nelokalnost omrežja". 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 in Marc-Olivier Renou. “Dokazi kvantne nelokalnosti omrežja v zveznih družinah distribucij”. 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 in Alejandro Pozas-Kerstjens. "Izvorna koda za inflacijo". Zenodo 7305544 (2022).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.7305544

[28] Flavio Baccari, Daniel Cavalcanti, Peter Wittek in Antonio Acín. »Učinkovito od naprave neodvisno odkrivanje prepletenosti za večdelne sisteme«. Phys. Rev. X 7, 021042 (2017). arXiv:1612.08551.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.021042
arXiv: 1612.08551

[29] Greg ver Steeg in Aram Galstyan. "Zaporedje sprostitev, ki omejuje modele skritih spremenljivk". V zborniku sedemindvajsete konference o negotovosti v umetni inteligenci. Stran 717–726. UAI'11 Arlington, Virginija, ZDA (2011). AUAI Press. arXiv:1106.1636.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1106.1636
arXiv: 1106.1636

[30] Miguel Navascués in Elie Wolfe. "Tehnika inflacije popolnoma rešuje problem vzročne združljivosti." J. Vzročna inferenca 8, 70 – 91 (2020). arXiv:1707.06476.
https: / / doi.org/ 10.1515 / jci-2018-0008
arXiv: 1707.06476

[31] Laurens T. Ligthart in David Gross. »Hierarhija inflacije in hierarhija polarizacije sta popolni za kvantni bilokalni scenarij« (2022). arXiv:2212.11299.
arXiv: 2212.11299

[32] Laurens T. Ligthart, Mariami Gachechiladze in David Gross. »Hierarhija konvergentne inflacije za kvantne vzročne strukture« (2021). arXiv:2110.14659.
arXiv: 2110.14659

[33] Charles R. Harris, K. Jarrod Millman, Stéfan J. van der Walt, et al. “Programiranje nizov z NumPy”. Narava 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[34] Aaron Meurer, Christopher P. Smith, Mateusz Paprocki idr. "SymPy: simbolno računalništvo v Pythonu". PeerJ Comput. Sci. 3, e103 (2017).
https: / / doi.org/ 10.7717 / peerj-cs.103

[35] Pauli Virtanen, Ralf Gommers, Travis E. Oliphant idr. “SciPy 1.0: temeljni algoritmi za znanstveno računalništvo v Pythonu”. Nat. Metode 17, 261–272 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41592-019-0686-2

[36] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou in Stanley Seibert. »Numba: prevajalnik Python JIT, ki temelji na LLVM«. V zborniku druge delavnice o infrastrukturi prevajalnika LLVM v HPC. LLVM '15 New York, NY, ZDA (2015). Združenje za računalniške stroje.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

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

[38] Johann Löfberg. “YALMIP: Orodja za modeliranje in optimizacijo v MATLAB-u”. V zborniku konference CACSD. Taipei, Tajvan (2004). url: yalmip.github.io/​.
https://yalmip.github.io/

[39] Miguel Navascués, Stefano Pironio in Antonio Acín. "Omejevanje nabora kvantnih korelacij". Phys. Rev. Lett. 98, 010401 (2007). arXiv:quant-ph/​0607119.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.010401
arXiv: kvant-ph / 0607119

[40] Miguel Navascués, Stefano Pironio in Antonio Acín. “Konvergentna hierarhija poldoločenih programov, ki označujejo množico kvantnih korelacij”. 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 in Antonio Acín. “Konvergentne sprostitve problemov polinomske optimizacije z nekomutirajočimi spremenljivkami”. 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 in Otfried Gühne. »Od naprave neodvisna kvantifikacija prepletenosti in sorodne aplikacije«. Phys. Rev. Lett. 111, 030501 (2013). arXiv:1302.1336.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.030501
arXiv: 1302.1336

[43] Alejandro Pozas-Kerstjens. "Kvantna informacija zunaj kvantne informacije". doktorsko delo. Universitat Politécnica de Catalunya. (2019). url: http://​/​hdl.handle.net/​10803/​667696.
http: / / hdl.handle.net/ 10803/667696

[44] N. David Mermin. "Ponovni obisk kvantnih skrivnosti". 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 in Antonio Acín. "Enofotonska nelokalnost v kvantnih omrežjih". Phys. Rev. Research 4, L012041 (2022). arXiv:2108.01726.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.4.L012041
arXiv: 2108.01726

[46] Mariami Gachechiladze, Nikolaj Miklin in Rafael Chaves. "Kvantificiranje vzročnih vplivov ob prisotnosti kvantnega skupnega vzroka". 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 in Fabio Sciarrino. "Eksperimentalno od naprave neodvisno certificirano naključno ustvarjanje z instrumentalno vzročno strukturo". Komun. 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 in Fabio Sciarrino. “Eksperimentalni preizkus kvantnih vzročnih vplivov”. Sci. Adv. 8, eabm1515 (2022). arXiv:2108.08926.
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abm1515
arXiv: 2108.08926

[49] Shane Mansfield in Tobias Fritz. “Hardyjev paradoks nelokalnosti in možni pogoji za nelokalnost”. Najdeno. 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 in Jean-Daniel Bancal. “RepLAB: računalniški/numerični pristop k teoriji reprezentacije”. V kvantni teoriji in simetrijah. Strani 643–653. Serija CRM iz matematične fizike. Zbornik 11. mednarodnega simpozija, 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 in Reha H. Tütüncü. “SDPT3 — programski paket MATLAB za poldoločeno programiranje”. Optim. Programska oprema Metods 11, 545–581 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805762

[52] Steven Diamond in Stephen Boyd. “CVXPY: jezik za modeliranje, vdelan v Python, za konveksno optimizacijo”. J. Mach. Naučite se. 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 in Stephen Boyd. "SCS: Razdeljevalnik stožcev". https://​/​github.com/​cvxgrp/​scs (2021).
https://​/​github.com/​cvxgrp/​scs

[54] Gurobi Optimization, LLC. »Referenčni priročnik Gurobi Optimizer«. https://​/​www.gurobi.com (2022).
https://www.gurobi.com

[55] Guillaume Sagnol in Maximilian Stahlberg. "PICOS: vmesnik Python za reševalce konične optimizacije". J. Odprtokodna programska oprema 7, 3915 (2022).
https: / / doi.org/ 10.21105 / joss.03915

[56] Martin S. Andersen, Joachim Dahl in Lieven Vandenberghe. “CVXOPT: programska oprema Python za konveksno optimizacijo”. http://​/​cvxopt.org/​ (2015).
http://​/​cvxopt.org/​

[57] Daniel Brosch in Etienne de Klerk. "Jordanova redukcija simetrije za stožčasto optimizacijo nad dvojno nenegativnim stožcem: teorija in programska oprema". Optim. Metode Programska oprema 37, 2001–2020 (2022). arXiv:2001.11348.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556788.2021.2022146
arXiv: 2001.11348

Navedel

[1] Robin Lorenz in Sean Tull, "Vzročni modeli v nizovnih diagramih", arXiv: 2304.07638, (2023).

Zgornji citati so iz SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2023-05-05 01:00:09). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.

On Crossref je navedel storitev ni bilo najdenih podatkov o navajanju del (zadnji poskus 2023-05-05 01:00:08).

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.

Časovni žig:

Več od Quantum Journal