論文の概要: Mapping indefinite causal order processes to composable quantum protocols in a spacetime

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.05319v1
• Date: Mon, 8 Apr 2024 09:09:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-04-09 14:54:22.293892
• Title: Mapping indefinite causal order processes to composable quantum protocols in a spacetime
• Title（参考訳）: 時空におけるコンポーザブル量子プロトコルへの不定因数順序過程のマッピング
• Authors: Matthias Salzger, V. Vilasini,
• Abstract要約: 因果次数(QC-QC)の量子制御による量子回路の定式化が、時空における物理実験の観測構成可能性とどのように結びつくかを示す。 我々は、QC-QCフレームワークのセットアップ仮定を時間的視点に組み込んで、すべてのQC-QCが因果箱にマッピング可能であることを示す。 最近導入された微粒化の概念を用いて、因果箱がQC-QCの微粒化に対応することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Formalisms for higher order quantum processes provide a theoretical formalisation of quantum processes where the order of agents' operations need not be definite and acyclic, but may be subject to quantum superpositions. This has led to the concept of indefinite causal structures (ICS) which have garnered much interest. However, the interface between these information-theoretic approaches and spatiotemporal notions of causality is less understood, and questions relating to the physical realisability of ICS in a spatiotemporal context persist despite progress in their information-theoretic characterisation. Further, previous work suggests that composition of processes is not so straightforward in ICS frameworks, which raises the question of how this connects with the observed composability of physical experiments in spacetime. To address these points, we compare the formalism of quantum circuits with quantum control of causal order (QC-QC), which models an interesting class of ICS processes, with that of causal boxes, which models composable quantum information protocols in spacetime. We incorporate the set-up assumptions of the QC-QC framework into the spatiotemporal perspective and show that every QC-QC can be mapped to a causal box that satisfies these set up assumptions and acts on a Fock space while reproducing the QC-QC's behaviour in a relevant subspace defined by the assumptions. Using a recently introduced concept of fine-graining, we show that the causal box corresponds to a fine-graining of the QC-QC, which unravels the original ICS of the QC-QC into a set of quantum operations with a well-defined and acyclic causal order, compatible with the spacetime structure. Our results also clarify how the composability of physical experiments is recovered, while highlighting the essential role of relativistic causality and the Fock space structure.
• Abstract（参考訳）: 高次量子過程の形式主義は、エージェントの操作の順序が定式かつ非環状である必要はないが、量子重ね合わせの対象となる量子過程の理論的形式化を提供する。 これは不定因果構造(ICS)の概念に結びつき、多くの関心を集めている。 しかし、これらの情報理論的アプローチと因果関係の時空間的概念とのインターフェースは理解されず、情報理論的性格化の進展にもかかわらず、時空間におけるICSの物理的現実性に関する疑問が持続する。 さらに、これまでの研究はICSフレームワークではプロセスの構成がそれほど単純ではないことを示唆しており、これが時空における物理実験の観測構成性とどのように結びつくのかという疑問を提起している。 これらの点に対処するために、量子回路の形式と、興味深いICSプロセスのクラスをモデル化する因果順序の量子制御(QC-QC)と、時空で構成可能な量子情報プロトコルをモデル化する因果箱の形式を比較した。 我々は,QC-QCフレームワークのセットアップ仮定を時空間に組み込んで,これらの設定された仮定を満たす因果箱に,QC-QCの振る舞いを仮定によって定義された関連する部分空間で再現しながら,Fock空間に作用することを示す。 最近導入された微粒化の概念を用いて、因果箱は、QC-QCの元々のICSを、時空構造と互換性のある、明確に定義された非循環的な因果順序を持つ量子演算の集合へと展開するQC-QCの微細化に対応することを示す。 また, 相対論的因果関係とFock空間構造の本質的役割を強調しつつ, 物理実験の構成可能性の回復についても明らかにした。

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