量子力学杀死了因果顺序？

该图描述了因果不可分性的检测，这可以确定量子过程是否与因果不可分。

在量子叠加态中，一个量子物体可以同时处于经典世界中两个不相容的状态，就像著名的薛定谔猫处于既有生命又有死亡的叠加态一样。最近的研究表明，量子物体不仅可以处于两个不相容状态的叠加中，还可以处于两个事件序列的叠加中。我们通常认为时间发生在一个确定的时间序列中，例如，A发生(并导致)B发生在后面，反之亦然。然而，在一个特定的量子过程中，事件不是以特定的顺序发生的，而是以两个不同的顺序发生的(一个在B之前，一个在B之后)。这种违反直觉的现象被称为“因果不可分离”。

维也纳大学和维也纳量子光学和量子信息中心的物理学家蜜桃红·阿劳霍说:“在我们的日常生活中，我们习惯于经历一件接一件的事情，原因先于结果。”。“因此，如果我们发现自然界实际上并没有在幕后遵循这一系列工作，那么事件可能没有遵循某种因果顺序可能会有点令人不安。”

直到现在，量子力学中因果的不可分性一直是一个抽象的概念，没有明确的物理解释。然而，在最新的《新物理学杂志》上发表的一篇论文中，阿劳霍和他的合作者提出了一个量子过程的物理例子，可以描述因果的不可分性。

“爱因斯坦的相对论动摇了绝对的全球时空观，告诉我们每个人经历的时间和时间关系可能是不同的:在两个不同的参考系统中，不同的观察者对两个事件的顺序可能有不同的观察结果。”论文的另一位作者，法国国家科学研究中心和格勒诺布尔阿尔卑斯大学的西里尔·布兰查德说。

“另一方面，量子力学动摇了我们对‘真理’的理解。它告诉我们，物理系统可能没有明确定义和明确定义的属性，但在几个不相容的状态叠加。例如，一只可怜的猫可能既活着又死了。现在我们发现，不仅物理状态之间的界限不再清晰，甚至因果关系(或因果顺序)也会变得不再清晰，并可以在某种程度上叠加。”

量子开关

物理学家在这里讨论的量子过程被称为“量子开关”，它最近被提议用来提高量子计算机的效率。在这项新的研究中，物理学家引入了一种检测因果不可分性的测试，这与测试量子纠缠的方法相似。如果操作是经典的(即只包含可分离的时间序列或非纠缠态)，测试将产生某个范围内的值，否则将产生其他范围内的值。

物理学家表明，任何量子过程的因果不可分性都可以用这种新方法来检测。在将来，它可以帮助我们通过在其他系统中的实验来检验因果的不可分性。

研究人员解释说，量子开关因果的不可分离性(即操作不遵循特定的顺序)并不意味着它打破了因果关系，比如允许在最初发生之后发生的事情先发生。这是因为在量子开关中没有明确的过去或未来，在另一个事件之前或之后没有事件“应该”发生。尽管量子开关没有违反因果关系定律，科学家们仍然不确定实际的物理过程是否能达到这样的效果。

因果不可分离性用于计算

以往的研究指出，量子开关在计算上比因果分离协议更具优势，这表明因果不可分性在量子计算中有着广阔的应用前景。

“当人们研究量子计算机或其他能够执行量子信息处理任务的设备时，他们通常会假设自己是按照一定的顺序工作的，”布兰奇阿德说。“这是量子计算中标准的基本假设”(电路模型)，通常用来描述量子计算机的工作原理。因此，我们对量子计算机能力的理解仅限于具有特定因果顺序的操作，即因果分离的操作。”

“认识到量子理论也包括因果不可分离的过程(如量子开关)，为量子计算开辟了新的可能性。我们自然可以预期，因果不可分离的过程可以在某些任务上取得更好的结果。”

物理学家Giulio Chiribella提供了一个例子来说明运算顺序是否固定的影响:如果执行“a先于b”和“b先于a”所获得的结果是相同的，那么这些运算将被“折算”或“反互易”。

为了找出一个操作是否容易，因果分离过程必须执行两个操作“a先于b”和“b先于a”，并比较结果。另一方面，因果不可分的过程，如量子开关，可以在量子叠加态下同时进行两个连续的过程，从而一步解决问题。从这个角度来看，不可分割的因果过程不仅更有效率，而且也是解决某些问题的唯一办法——例如，如果一些“黑箱”在一次操作后被破坏，问题必须一步解决。

由于量子开关只是因果不可分的最简单的例子，物理学家希望其他因果不可分的过程能带来更多的惊喜。

布兰查德说:“从更普遍的角度来看，我希望因果不可分离过程可以应用于其他各种场景——就像量子纠缠可以应用于量子信息处理的各个方面一样。”。“因果不可分性的强大力量仍在等待我们去挖掘，这使得这一领域的研究充满了令人兴奋的魅力。”