Inflasjon: et Python-bibliotek for klassisk og kvanteårsakskompatibilitet

Inflasjon: et Python-bibliotek for klassisk og kvanteårsakskompatibilitet

Tidsstempel: 4. mai 2023 8:57
Kilde node: 2629942

Emanuel-Cristian Boghiu1, Elie Wolfe2og Alejandro Pozas-Kerstjens3

1ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology, 08860 Castelldefels (Barcelona), Spania
2Perimeter Institute for Theoretical Physics, 31 Caroline St. N., Waterloo, Ontario, Canada, N2L 2Y5
3Instituto de Ciencias Matemáticas (CSIC-UAM-UC3M-UCM), 28049 Madrid, Spania

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi introduserer Inflation, et Python-bibliotek for å vurdere om en observert sannsynlighetsfordeling er forenlig med en årsaksforklaring. Dette er et sentralt problem i både teoretiske og anvendte vitenskaper, som nylig har vært vitne til betydelige fremskritt fra området kvante-ikke-lokalitet, nemlig i utviklingen av inflasjonsteknikker. Inflasjon er et utvidbart verktøysett som er i stand til å løse rene kausale kompatibilitetsproblemer og optimalisering over (relakseringer av) sett med kompatible korrelasjoner i både det klassiske og kvanteparadigmet. Biblioteket er designet for å være modulært og med muligheten til å være klart til bruk, samtidig som det har enkel tilgang til objekter på lavt nivå for tilpassede modifikasjoner.

Utvalgt bilde: Venstre: Trekantscenarioet, der verdiene til tre synlige tilfeldige variabler, $A$, $B$ og $C$, påvirkes hver av to forskjellige av de tre latente variablene $rho_{AB}$, $rho_{BC}$ og $rho_{AC}$. Disse latente variablene kan velges til å være enten kilder til delt tilfeldighet eller til kvantetilstander. Hver part skaper verdien av sin tilfeldige variabel ved å operere på systemene som mottas, som i $E_a$. Å svare på om en sannsynlighetsfordeling over verdiene utgitt av $A$, $B$ og $C$ er kompatibel med denne strukturen er et numerisk vanskelig problem.

Høyre: Andreordens kvanteinflasjon i trekantscenarioet. Inflasjon vurderer kopier av tilstandene og målingene som avbildet. Bruken av kopier av de originale elementene innebærer mange symmetrier, så distribusjoner som er kompatible med dette scenariet kan karakteriseres via semibestemt programmering.

Populært sammendrag

En av hovedutfordringene i vitenskapen er å identifisere hva som er årsakene bak noen observerte korrelasjoner. Er en vaksine effektiv mot en sykdom? Oppmuntrer det å øke lønnen til forbruk? Alle disse spørsmålene kan formuleres analysert ved hjelp av verktøyene for kausal slutning, men er ofte numerisk vanskelige å svare på. Nylig har det dukket opp nye verktøy innen kvante-ikke-lokalitet, kalt inflasjonsmetoder, som gjør det mulig å lempe disse vanskelige problemene til numerisk håndterbare. I dette arbeidet presenterer vi en Python-pakke som implementerer slike metoder.

► BibTeX-data

► Referanser

[1] Judea Pearl. "Kausalitet: modeller, resonnement og slutninger". Cambridge University Press. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[2] Dan Geiger og Christopher Meek. "Kvantifiserer eliminering for statistiske problemer". I Proc. 15. konf. Usikkert. Artif. Intell. (AUAI, 1999). Side 226–235. (1995). arXiv:1301.6698.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1301.6698
arxiv: 1301.6698

[3] Jin Tian og Judea Pearl. "Om testbare implikasjoner av årsaksmodeller med skjulte variabler". I Proc. 18. konf. Usikkert. Artif. Intell. (AUAI, 2002). Side 519–527. (2002). arXiv:1301.0608.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1301.0608
arxiv: 1301.0608

[4] Luis David Garcia, Michael Stillman og Bernd Sturmfels. "Algebraisk geometri av Bayesianske nettverk". J. Symb. Comput. 39, 331–355 (2005). arXiv:math/​0301255.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.jsc.2004.11.007
arxiv: matematikk / 0301255

[5] Luis David Garcia. "Algebraisk statistikk i modellvalg". I Proc. 20. konf. Usikkert. Artif. Intell. (AUAI, 2004). Side 177–184. (2014). arXiv:1207.4112.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1207.4112
arxiv: 1207.4112

[6] Ciarán M. Lee og Robert W. Spekkens. "Kausal slutning via algebraisk geometri: Gjennomførbarhetstester for funksjonelle årsaksstrukturer med to binære observerte variabler". 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 og Stephanie Wehner. "Bell ikke-lokalitet". 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. "Om Einstein-Podolsky-Rosen-paradokset". Physics Physique Fizika 1, 195–200 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[9] Christopher J. Wood og Robert W. Spekkens. "Leksjonen om årsaksoppdagelsesalgoritmer for kvantekorrelasjoner: årsaksforklaringer på brudd på Bell-ulikhet krever finjustering". Ny 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 og David Gross. "Forenende rammeverk for lempelser av årsaksantakelsene i Bells teorem". 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 og Stefano Pironio. "Karakterisere de ikke-lokale korrelasjonene opprettet via forviklingsbytte". 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 og Stefano Pironio. "Bilokale versus ikke-bilokale korrelasjoner i forviklingsbytteeksperimenter". Phys. Rev. A 85, 032119 (2012). arXiv:1112.4502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.032119
arxiv: 1112.4502

[13] Tobias Fritz. "Utover Bells teorem: korrelasjonsscenarier". Ny 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 og Elie Wolfe. "Årsaksmessige kompatibilitetsulikheter som innrømmer kvantebrudd i trekantstrukturen". 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 og Elie Wolfe. "Kvantebrudd i det instrumentelle scenariet og deres forhold til Bell-scenariet". 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 og Marc-Olivier Renou. "Bell ikke-lokalitet i nettverk". 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 og Antonio Acín. "Avgrense settene med klassiske og kvantekorrelasjoner i nettverk". 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 og David Gross. "Semidefinite tester for latente årsaksstrukturer". IEEE Trans. Inf. Teori 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 og Rafael Chaves. "Semidefinite tester for kvantenettverkstopologier". Phys. Rev. Lett. 125, 110505 (2020). arXiv:2002.05801.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.110505
arxiv: 2002.05801

[20] Ming-Xing Luo. "Beregningseffektive ikke-lineære Bell-ulikheter for kvantenettverk". 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 og Nicolas Brunner. "Begrensninger for korrelasjoner i nettverk for kvante- og ingen-signaleringsressurser". 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 og Tobias Fritz. "Inflasjonsteknikken for årsaksinferens med latente variabler". 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 og Miguel Navascués. "Kvanteinflasjon: En generell tilnærming til kvanteårsakskompatibilitet". 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 og Nicolas Brunner. "Begrensninger på ikke-lokalitet i nettverk fra ingen-signalering og uavhengighet". Nat. Commun. 11, 2378 (2020). arXiv:1906.06495.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16137-4
arxiv: 1906.06495

[25] Alejandro Pozas-Kerstjens, Nicolas Gisin og Armin Tavakoli. "Full nettverk ikke-lokalitet". 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 og Marc-Olivier Renou. "Bevis på nettverkskvante-ikke-lokalitet i kontinuerlige distribusjonsfamilier". 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 og Alejandro Pozas-Kerstjens. "Kildekode for inflasjon". Zenodo 7305544 (2022).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.7305544

[28] Flavio Baccari, Daniel Cavalcanti, Peter Wittek og Antonio Acín. "Effektiv enhetsuavhengig sammenfiltringsdeteksjon for flerpartssystemer". Phys. Rev. X 7, 021042 (2017). arXiv:1612.08551.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.021042
arxiv: 1612.08551

[29] Greg ver Steeg og Aram Galstyan. "En sekvens av avslapninger som begrenser skjulte variable modeller". I Proceedings of the Twenty-Seventh Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence. Side 717–726. UAI'11Arlington, Virginia, USA (2011). AUAI Trykk. arXiv:1106.1636.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1106.1636
arxiv: 1106.1636

[30] Miguel Navascués og Elie Wolfe. "Inflasjonsteknikken løser fullstendig årsakskompatibilitetsproblemet". 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 og David Gross. "Inflasjonshierarkiet og polarisasjonshierarkiet er komplette for det kvantebilokale scenariet" (2022). arXiv:2212.11299.
arxiv: 2212.11299

[32] Laurens T. Ligthart, Mariami Gachechiladze og David Gross. "Et konvergent inflasjonshierarki for kvanteårsaksstrukturer" (2021). arXiv:2110.14659.
arxiv: 2110.14659

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

[34] Aaron Meurer, Christopher P. Smith, Mateusz Paprocki, et al. "SymPy: symbolsk databehandling i 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: Fundamental Algoritms for Scientific Computing in Python". Nat. Methods 17, 261–272 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41592-019-0686-2

[36] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou og Stanley Seibert. "Numba: En LLVM-basert Python JIT-kompilator". I Proceedings of the Second Workshop om LLVM-kompilatorinfrastrukturen i HPC. LLVM '15 New York, NY, USA (2015). Foreningen for datamaskiner.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

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

[38] Johann Löfberg. "YALMIP: En verktøykasse for modellering og optimalisering i MATLAB". I forhandlinger fra CACSD-konferansen. Taipei, Taiwan (2004). url: yalmip.github.io/​.
https://yalmip.github.io/

[39] Miguel Navascués, Stefano Pironio og Antonio Acín. "Avgrense settet med kvantekorrelasjoner". Phys. 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 og Antonio Acín. "Et konvergent hierarki av semidefinite programmer som karakteriserer settet med kvantekorrelasjoner". Ny 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 og Antonio Acín. "Konvergent relaksering av polynomoptimaliseringsproblemer med ikke-pendlende variabler". 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 og Otfried Gühne. "Enhetsuavhengig forviklingskvantifisering og relaterte applikasjoner". Phys. Rev. Lett. 111, 030501 (2013). arXiv:1302.1336.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.030501
arxiv: 1302.1336

[43] Alejandro Pozas-Kerstjens. "Kvanteinformasjon utenfor kvanteinformasjon". PhD-avhandling. Universitat Politécnica de Catalunya. (2019). url: http://hdl.handle.net/10803/667696.
http: / / hdl.handle.net/ 10803/667696

[44] N. David Mermin. "Kvantemysterier besøkt på nytt". 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 og Antonio Acín. "En-foton ikke-lokalitet i kvantenettverk". Phys. Rev. Forskning 4, L012041 (2022). arXiv:2108.01726.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.4.L012041
arxiv: 2108.01726

[46] Mariami Gachechiladze, Nikolai Miklin og Rafael Chaves. "Kvantifisere årsakspåvirkninger i nærvær av en kvantevanlig årsak". 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 og Fabio Sciarrino. "Eksperimentell enhetsuavhengig sertifisert tilfeldighetsgenerering med en instrumentell årsaksstruktur". Commun. 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 og Fabio Sciarrino. "Eksperimentell test av kvanteårsakspåvirkninger". Sci. Adv. 8, eabm1515 (2022). arXiv:2108.08926.
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abm1515
arxiv: 2108.08926

[49] Shane Mansfield og Tobias Fritz. "Hardys ikke-lokalitetsparadoks og mulige forhold for ikke-lokalitet". Funnet. 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 og Jean-Daniel Bancal. "RepLAB: En beregningsmessig / numerisk tilnærming til representasjonsteori". I kvanteteori og symmetrier. Side 643–653. CRM-serien i matematisk fysikk. 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 og Reha H. Tütüncü. "SDPT3 — en MATLAB-programvarepakke for semidefinite programmering". Optim. Metoder programvare. 11, 545-581 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805762

[52] Steven Diamond og Stephen Boyd. "CVXPY: Et Python-innebygd modelleringsspråk for konveks optimalisering". J. Mach. Lære. 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 og Stephen Boyd. "SCS: Splitting Conic Solver". https://​/​github.com/​cvxgrp/​scs (2021).
https://​/​github.com/​cvxgrp/​scs

[54] Gurobi Optimization, LLC. "Gurobi Optimizer Reference Manual". https://www.gurobi.com (2022).
https://www.gurobi.com

[55] Guillaume Sagnol og Maximilian Stahlberg. "PICOS: Et Python-grensesnitt til kjegleoptimaliseringsløsere". J. Åpen kildekode-programvare. 7, 3915 (2022).
https: / / doi.org/ 10.21105 / joss.03915

[56] Martin S. Andersen, Joachim Dahl og Lieven Vandenberghe. "CVXOPT: Python-programvare for konveks optimalisering". http://​/​cvxopt.org/​ (2015).
http://​/​cvxopt.org/​

[57] Daniel Brosch og Etienne de Klerk. "Jordansymmetrireduksjon for kjegleoptimalisering over den dobbelt ikke-negative kjeglen: teori og programvare". Optim. Metoder Softw. 37, 2001–2020 (2022). arXiv:2001.11348.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556788.2021.2022146
arxiv: 2001.11348

Sitert av

[1] Robin Lorenz og Sean Tull, "Årsaksmodeller i strengdiagrammer", arxiv: 2304.07638, (2023).

Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2023-05-05 01:00:09). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.

On Crossrefs siterte tjeneste ingen data om sitering av verk ble funnet (siste forsøk 2023-05-05 01:00:08).

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal