Struttura causale in presenza di vincoli settoriali, con applicazione al quantum switch

Struttura causale in presenza di vincoli settoriali, con applicazione al quantum switch

Timestamp: 1 giugno 2023 8:48
Nodo di origine: 2697095

Nick Ormrod1, Agostino Vanrietvelde1,2,3e Jonathan Barrett1

1Quantum Group, Dipartimento di Informatica, Università di Oxford
2Dipartimento di Fisica, Imperial College London
3Laboratorio congiunto HKU-Oxford per informazioni e calcoli quantistici

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Astratto

Il lavoro esistente sulla struttura causale quantistica presuppone che si possano eseguire operazioni arbitrarie sui sistemi di interesse. Ma questa condizione spesso non è soddisfatta. Qui, estendiamo la struttura per la modellazione causale quantistica a situazioni in cui un sistema può soffrire di $textit{vincoli settoriali}$, cioè restrizioni sui sottospazi ortogonali del suo spazio di Hilbert che possono essere mappati tra loro. Il nostro quadro (a) dimostra che un certo numero di intuizioni diverse sulle relazioni causali risultano equivalenti; (b) mostra che le strutture causali quantistiche in presenza di vincoli settoriali possono essere rappresentate con un grafo orientato; e (c) definisce una grana fine della struttura causale in cui i singoli settori di un sistema mantengono relazioni causali. Ad esempio, applichiamo la nostra struttura a presunte implementazioni fotoniche dell'interruttore quantistico per dimostrare che mentre la loro struttura causale a grana grossa è ciclica, la loro struttura causale a grana fine è aciclica. Concludiamo quindi che questi esperimenti realizzano l'ordine causale indefinito solo in senso debole. In particolare, questo è il primo argomento in tal senso che non è radicato nel presupposto che i relata causali debbano essere localizzati nello spaziotempo.

Riepilogo popolare

Nella scienza e nella vita di tutti i giorni, molto comunemente spieghiamo le cose utilizzando i concetti di causa ed effetto. Quando vediamo molte pozzanghere per strada, presumiamo che siano tutte effetti della stessa causa: la pioggia. Quando incoraggiamo le persone a smettere di fumare è perché crediamo che provochi il cancro.

Eppure la nostra teoria scientifica di maggior successo – la teoria quantistica – suggerisce che le nostre idee più basilari sulla causalità e sul ragionamento causale sono in qualche modo sbagliate. Le famose correlazioni non locali che violano le disuguaglianze di Bell resistono alla spiegazione causale tradizionalmente intesa, e la possibilità di mettere oggetti in sovrapposizione sembra consentire situazioni in cui non esiste un fatto definito riguardo alla direzione dell'influenza causale.

Di conseguenza, negli ultimi anni sono stati compiuti molti sforzi per modificare le nostre nozioni causali per un contesto quantistico. Il nostro articolo estende lo studio delle strutture causali intrinsecamente quantistiche a una nuova gamma di scenari. Una delle conseguenze è che i recenti esperimenti che mirano a creare una direzione indefinita di influenza causale possono essere intesi come "debolmente" indefiniti - sono concepibili direzioni di influenza ancora più fortemente indefinite.

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Citato da

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[2] Julian Wechs, Cyril Branciard e Ognyan Oreshkov, "Esistenza di processi che violano le disuguaglianze causali su sottosistemi delocalizzati nel tempo", Comunicazioni sulla natura 14, 1471 (2023).

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[4] Augustin Vanrietvelde, Nick Ormrod, Hlér Kristjánsson e Jonathan Barrett, "Circuiti coerenti per ordine causale indefinito", arXiv: 2206.10042, (2022).

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[12] Martin Sandfuchs, Marcus Haberland, V. Vilasini e Ramona Wolf, "Sicurezza dello spostamento di fase differenziale QKD dai principi relativistici", arXiv: 2301.11340, (2023).

[13] Ricardo Faleiro, Nikola Paunkovic e Marko Vojinovic, "Interpretazione operativa del vuoto e matrici di processo per particelle identiche", arXiv: 2010.16042, (2020).

[14] Eleftherios-Ermis Tselentis e Ämin Baumeler, "Strutture e correlazioni causali ammissibili", arXiv: 2210.12796, (2022).

[15] Ricardo Faleiro, Nikola Paunkovic e Marko Vojinovic, "Interpretazione operativa del vuoto e matrici di processo per particelle identiche", Quantico 7, 986 (2023).

Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2023-06-03 12:58:29). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.

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