Thèse Année : 2022

Metaphysical implications of causal nonseparability

Implications métaphysiques de la nonséparabilité causale

Laurie Letertre
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1146522
  • IdRef : 263355632

Résumé

In quantum mechanics, quantum nonseparability is at the core of philosophical debates regarding its meaning. In the context of the process matrix formalism, causal nonseparability characterises quantum processes (connecting the inputs and outputs of different local quantum operations) that are incompatible with any definite causal structure among interacting parties. One talks about indefinite causal orders. A famous example of causally nonseparable processes is called the quantum switch (QS). It is extensively studied in the literature in virtue of its simple architecture and its various implementations in laboratories.The present work will discuss the possible interpretations of the QS's causal nonseparability under the assumption that causal nonseparability is seen as pointing towards novel objective features of nature.It was first defended that a scientific realist approach towards the process matrix formalism, which is an operational theory generalising quantum mechanics, was as much legitimate as any possible antirealist reading, contrary to certain views found in the literature. The reason is that operational formalisms are ontologically and epistemically neutral.From there, the theoretical concepts of interest, namely causal nonseparability and its model-independent counterpart called noncausality, were analysed in more details, in order to highlight in what sense they are distinct from the standard notions of quantum nonseparability and nonlocality in quantum mechanics.The discussion then focused on noncausality. It was argued that noncausality has a strong connection with a notion of temporal nonlocality. In the same way that Bell nonlocality is given different underlying explanations depending on the details of the chosen quantum mechanics' account, noncausality pointing towards temporal nonlocality can be given a variety of underlying descriptions depending on the exact way to interpret the process matrix formalism.The last chapter focused precisely on this particular point, namely on the various ways to understand process matrices and causal nonseparability in a realist context. In order to explore the potential impact of causal nonseparability on spacetime,we shifted from the notion of (indefinite) causal structure to (indefinite) spatiotemporal ones. This shift was allowed under a set of reasonable assumptions regarding the properties of a physical spacetime manifold and the connection between an operational and relativistic notions of causal relations.While different readings were suggested for indefiniteness of spatiotemporal relations, we insisted in particular on an objective understanding appealing to the concept of metaphysical indeterminacy. It was argued that such an approach could prove useful in a more general theoretical context such as quantum gravity, while being already partly supported in standard quantum mechanics.
Dans le contexte du process matrix formalism, la non-séparabilité causale caractérise les processus quantiques (reliant les entrées et les sorties de différentes opérations quantiques locales) qui sont incompatibles avec toute structure causale définie entre les parties en interaction. On parle d'ordres causaux indéfinis. Un exemple célèbre de processus causalement non-séparable est appelé le quantum switch (QS). Il est abondamment étudié dans la littérature en raison de son architecture simple et de ses diverses implémentations en laboratoire.Le présent travail discutera des interprétations possibles de la non-séparabilité causale du QS sous l'hypothèse que la non-séparabilité causale est considérée comme pointant vers de nouvelles caractéristiques objectives de la nature.Il a d'abord été défendu qu'une approche scientifiquement réaliste du process matrix formalism, qui est une théorie opérationnelle généralisant la mécanique quantique, était aussi légitime que toute autre lecture antiréaliste possible, contrairement à certains points de vue retrouvés dans la littérature. La raison en est que les formalismes opérationnels sont ontologiquement et épistémiquement neutres.À partir de là, la non-séparabilité causale et sa contrepartie indépendante de toute modélisation, à savoir la non-causalité, ont été analysés afin de mettre en évidence en quoi ils se distinguent des notions standard de non-séparabilité quantique et de non-localité en mécanique quantique.La discussion s'est ensuite concentrée sur la non-causalité. Il a été soutenu que la non-causalité est en lien étroit avec une notion de non-localité temporelle qui peut recevoir une variété de descriptions sous-jacentes en fonction de la manière exacte d'interpréter le process matrix formalism et ses ordres causaux indéfinis.Afin d'explorer l'impact potentiel de la non-séparabilité causale sur l'espace-temps, nous avons argumenté que la notion de structure causale (indéfinie) peut se transposer à celle de structure spatio-temporelle (indéfinie). Ce changement a été articulé sous un ensemble d'hypothèses raisonnables concernant les propriétés d'un d'espace-temps physique et la connexion entre les notions opérationnelles et relativistes de relations causales.Alors que différentes lectures ont été suggérées pour l'indétermination des relations spatio-temporelles, nous avons insisté en particulier sur une approche objective faisant appel au concept d'indétermination métaphysique. Il a été avancé qu'une telle approche pourrait s'avérer utile dans un contexte théorique plus général tel que la gravité quantique, tout en étant déjà en partie supportée par la mécanique quantique standard.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04917068 , version 1 (28-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04917068 , version 1

Citer

Laurie Letertre. Metaphysical implications of causal nonseparability. History, Philosophy and Sociology of Sciences. Université grenoble Alpes, 2022. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04917068⟩

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