論文の概要: Embedding cyclic information-theoretic structures in acyclic spacetimes: no-go results for indefinite causality

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.11245v4
• Date: Mon, 07 Oct 2024 12:35:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-08 13:12:10.061019
• Title: Embedding cyclic information-theoretic structures in acyclic spacetimes: no-go results for indefinite causality
• Title（参考訳）: 非巡回時空における循環情報-理論構造の埋め込み--不確定因果関係のノーゴー結果
• Authors: V. Vilasini, Renato Renner,
• Abstract要約: 我々は2つの因果関係の概念を結びつける理論的枠組みを開発し、それらを明確に区別する。 我々は、不定因果関係と循環因果関係、およびそれらの物理的性に関する疑問に光を当てた。 私たちの研究は、時空における量子情報処理の限界にも光を当てています。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7802147489386633
• License:
• Abstract: The notions of causality adopted within the quantum information and spacetime physics communities are distinct. Although both notions play a role in physical experiments, their general interplay is little understood in theory. We develop a theoretical framework that connects the two causality notions, while also clearly distinguishing them. The framework describes a composition of quantum operations through feedback loops, and the embedding of the resulting, possibly cyclic information-theoretic structure in an acyclic spacetime structure. Relativistic causality (which forbids superluminal communication) follows as a graph-theoretic compatibility condition between the two structures. Formulating indefinite causal order (ICO) processes in our framework, we shed light on the links between indefinite and cyclic causality, and on questions regarding their physicality. In particular, there are several experiments that claim to implement ICO processes in Minkowski spacetime, presenting an apparent paradox: how can an indefinite information-theoretic causal structure be consistent with a definite spacetime causal structure? We address this through no-go theorems, showing that as a consequence of relativistic causality, (a) realisations of ICO processes necessarily involve the non-localisation of systems in spacetime and (b) will nevertheless admit an explanation in terms of a definite and acyclic causal order process, at a fine-grained level. This fully resolves the apparent paradox and bears implications for the physical interpretation of ICO experiments, and is achieved by introducing the concept of fine-graining that allows causal structures to be analysed at different levels of detail. Our work also sheds light on the limits of quantum information processing in spacetime and on the operational meaning of indefinite causality, within and beyond the context of a fixed spacetime.
• Abstract（参考訳）: 量子情報や時空物理学のコミュニティで採用される因果関係の概念は異なっている。 両方の概念は物理的実験において重要な役割を果たしているが、それらの一般的な相互作用は理論上はほとんど理解されていない。 我々は2つの因果関係の概念を結びつける理論的枠組みを開発し、それらを明確に区別する。 このフレームワークは、フィードバックループによる量子演算の合成と、結果として得られる、おそらく巡回的な情報理論構造を非循環時空構造に埋め込む。 相対論的因果性(超光通信を禁ずる)は、2つの構造の間のグラフ理論の相似条件として従う。 我々は,不定因果順序 (ICO) 過程の定式化を行い,不定因果関係と循環因果関係の関連,およびそれらの物理性に関する疑問に光を当てた。 特に、ミンコフスキー時空にICOプロセスを実装すると主張するいくつかの実験があり、明らかなパラドックスを提示している。 これをno-go定理によって解決し、相対論的因果性の結果であることを示す。 a) ICOプロセスの実現は、時空におけるシステムの非局在化と必然的に関係する b) にもかかわらず、不定かつ非巡回的な因果順序の過程をきめ細かいレベルで説明することを認める。 このことは、明らかなパラドックスを完全に解決し、ICO実験の物理的解釈に意味を持ち、因果構造を様々な詳細レベルで分析できる微粒化の概念を導入することで達成される。 私たちの研究は、時空における量子情報処理の限界や、不確定因果関係の運用上の意味、固定時空の文脈内およびそれを超えても光を当てています。

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