时间离域量子子系统与操作：论量子力学中具有不定因果结构过程的存在性

已有理论表明，可能存在高阶量子过程，其中不同参与方所执行的操作无法被赋予确定的因果顺序。其中一些过程被认为可通过操作时间的相干控制在标准量子力学中实现物理 realization。一个突出的例子是量子 SWITCH，它最近已被实验演示。然而，将此类实验解释为具有不定因果结构的过程的实现（而非此类过程的某种模拟）一直存在争议。在此类实验中，参与方的局域操作究竟位于何处？鉴于其时间不确定，它们作用于什么空间？我们能否直接探测它们，而不是基于启发性考量来假定它们应当是什么？我们如何能够调和这些操作确实发生且各自按要求发生一次的主张，与所假定过程的结构意味着它们不可能是任何无环电路的一部分这一事实？在此，我对这些问题给出了精确回答：此类过程中操作的输入与输出系统通常是希尔伯特空间的平凡子系统，而这些希尔伯特空间是与不同时间系统相关联的希尔伯特空间的张量积——这一事实可直接通过实验验证。相对于这些时间离域子系统，该过程的结构是一个带有因果循环的电路。我还确定了一整类等距过程（量子 SWITCH 为其特例），它们可在时间离域子系统上实现物理 realization。这些结果揭示了量子力学中的一种新结构，可能对物理学与信息处理具有重要影响。