量子因果环：具有因果循环的奇异过程

量子因果循环。

因果推理无处不在-从物理学到医学，经济学，社会科学以及日常生活中。每当我们按下按钮时，钟声就会响起，我们认为按下按钮会导致钟声响起。通常，因果影响被假定为只有一种方式-从因果到结果-绝不会从结果回到因果：钟声的振铃不会导致按下触发它的按钮。现在，牛津大学和布鲁塞尔自由大学的研究人员开发了量子理论中的因果关系理论，根据该理论，因果关系有时可以形成循环。该理论提供了对奇异过程的新颖理解，在奇异过程中，事件没有明确的因果顺序。该研究已发表在《自然通讯》上。

量子理论反驳经典直觉的一种方式是挑战我们的因果关系思想。量子纠缠可用于在遥远的实验之间产生相关性，众所周知，这些实验可以逃避经典因果模型框架内令人满意的因果解释。此外，量子理论和引力的统一有望使时空的因果结构受到量子不确定性的影响，这表明事件根本不需要因果关系。最近，来自牛津和布鲁塞尔的一组研究人员开发了量子理论中的因果关系理论，其中因果关系概念是用固有的量子术语定义的，而不是与新兴的经典测量结果有关。这尤其提供了对纠缠态产生的相关性的因果理解。现在，他们已经对理论进行了概括，以允许因果影响不断循环，从而提供对因果关系具有不确定因果顺序的过程的因果理解。

“我们提议背后的关键思想是，量子理论中的因果关系对应于所谓的unit变的影响-这些是描述孤立量子系统演化的转变类型。这与经典因果模型的方法非常相似，该方法假定潜在的确定性并将因果关系置于变量之间的函数依存关系中，”牛津大学的乔纳森·巴雷特（Jonathan Barrett）说。

这项新研究的主要思想是将相同的原理应用于操作顺序可以动态甚至不确定的过程，因为这些过程中的很大一类也可以理解为源自单一变换，而并非单一变换。以普通的顺序展开。

“以前，因果顺序不确定的过程通常被认为与任何因果关系根本不兼容。我们的工作表明，其中的一大类-可以理解为是由单一过程产生的，并且被认为是可以在自然界中实现物理实现的过程-实际上可以被视为具有确定的因果结构，尽管该研究的通讯作者罗宾·洛伦兹（Robin Lorenz）说。

“周期性因果结构的想法似乎违反直觉，但是在其中制定的量子过程框架保证了它没有逻辑悖论，例如时光倒流并杀死年轻的自我的可能性，” Ognyan Oreshkov解释说。布鲁塞尔自由大学。“看起来很奇特，实际上其中一些场景具有实验性实现，其中感兴趣的变量会随时间偏离位置。”

这是否意味着时空不具有通常假定具有的非循环因果结构？不完全正确，因为在提到的实验中，因果关系以循环方式关联的事件在时空中不是局部的。但是，研究人员认为，在量子理论和广义相对论的交集下，时空本身的因果结构可能会以这种量子方式变成循环，在这种情况下，可以预期与实验室中可实现的过程类似的过程，但这些事件在各自的地方是局部的时空参考帧。

参考：乔纳森·巴雷特（Jonathan Barrett），罗宾·洛伦兹（Robin Lorenz）和奥格扬·奥列什科夫（Ognyan Oreshkov）的“循环量子因果模型”，2021年2月9日，自然通讯。DOI：
10.1038 / s41467-020-20456-x