En la cocina, el orden de las acciones está rígidamente fijado por la receta: primero cortar, luego freír, y no de otra manera. En la física cuántica, el papel de la receta lo desempeña la causalidad: un evento es la causa de otro, y no se pueden intercambiar. Pero en los últimos años, los teóricos han ideado escenarios astutos donde el orden de los eventos parece 'congelarse' en la incertidumbre. Un fotón parece pasar por dos dispositivos simultáneamente en secuencias diferentes, como si el cocinero pudiera hervir y freír primero, sin elegir hasta el final.
Los autores del nuevo artículo se plantearon una pregunta simple pero profunda: ¿cuáles de estas construcciones matemáticas se pueden montar en un laboratorio real, sin recurrir a trucos como descartar intentos fallidos? Tomaron como base un modelo riguroso de 'cajas causales', compatible con el espacio-tiempo ordinario, donde los eventos no pueden influirse mutuamente a una velocidad superior a la de la luz. Luego añadieron dos restricciones naturales: cada dispositivo se activa exactamente una vez, y dentro de un laboratorio cerrado los eventos siempre se organizan en alguna cadena local, incluso si el orden global está difuminado.
Esto no es solo un ejercicio filosófico. Una frontera clara entre lo realizable y lo imaginario ayuda a los experimentalistas a no perseguir fantasmas y a concentrarse en lo que realmente se puede construir. Quizás los esquemas con orden controlado se conviertan en la base de las futuras computadoras cuánticas, donde la secuencia de operaciones se convierte en un recurso computacional en sí mismo, como si el cocinero pudiera cambiar la receta durante la cocción, obteniendo platos imposibles con un guion rígido.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2605.08351
In quantum causality and quantum information, there is a vast landscape of abstract quantum protocols permitting cyclic or non-acyclic causal structures between operations, including frameworks for indefinite causal order and higher-order quantum processes such as process matrices. A longstanding open question is what is the largest class of abstract processes that admit physical realisations without post-selection. In this work, we provide a rigorous answer using a top-down approach grounded in relativistic causality principles. Building on the framework of causal boxes, which characterise the most general quantum information-processing protocols compatible with fixed background spacetimes, we formalise additional constraints (Acting Once + Local Order) capturing the closed-laboratory assumptions of the process matrix framework at a fine-grained spacetime level. We prove that any protocol in a classical acyclic spacetime satisfying these conditions is behaviourally equivalent to a quantum circuit with quantum control of causal order (QC-QC), providing a top-down derivation of QC-QCs from physical principles. Our results show that QC-QCs constitute precisely the class of higher-order quantum processes, including those with indefinite order, that can be physically realised within classical spacetime, ruling out more general non-causal processes under the closed-labs assumption. This clarifies the relationship between abstract higher-order process matrix frameworks and experimentally accessible quantum protocols, as well as the interplay between coarse-grained cyclic and fine-grained acyclic operational causal structures. We also develop characterisation techniques for process box protocols that lead to new causality-based open questions concerning spacetime quantum protocols and relativistic quantum experiments.
La idea del orden indefinido de eventos recuerda la situación en la que dos personas se dicen simultáneamente 'después de ti' ante una puerta, pero a nivel cuántico ese 'congelamiento' se puede usar para realizar cálculos.
En la novela de Ted Chiang 'La historia de tu vida' (en la que se basa la película 'La llegada'), el lenguaje alienígena cambia la percepción del tiempo, permitiendo ver el pasado y el futuro simultáneamente, de manera similar a cómo los esquemas cuánticos con orden no fijo manipulan la causalidad.