Como acessar o índice interno do array com o postgreSQL?

PostgreSQL faz forneça funções dedicadas para gerar subscritos de matriz:

WITH   x(a) AS ( VALUES ('{1,20,3,5}'::int[]) )
SELECT generate_subscripts(a, 1) AS idx
      ,unnest(a) AS val
FROM   x;

Efetivamente, ele faz quase o mesmo que a consulta de @Frank, apenas sem subconsulta.
Além disso, funciona com subscritos que não começam com 1 .

Qualquer solução funciona para 1-dimensional apenas matrizes! (Pode ser facilmente expandido para várias dimensões.)

Função:

CREATE OR REPLACE FUNCTION unnest_with_idx(anyarray) 
RETURNS TABLE(idx integer, val anyelement) LANGUAGE SQL IMMUTABLE AS
$func$
  SELECT generate_subscripts($1, 1), unnest($1);
$func$;

Ligar:

SELECT * FROM unnest_with_idx('{1,20,3,5}'::int[]);

Considere também:

SELECT * FROM unnest_with_idx('[4:7]={1,20,3,5}'::int[]);

Mais sobre subscritos de matriz nesta pergunta relacionada.

Se você realmente quer subscritos normalizados (começando com 1), eu usaria:

SELECT generate_series(1, array_length($1,1)) ...

Essa é quase a consulta que você já tinha, apenas com array_length() em vez de array_upper() - que falharia com subscritos não padrão.

Desempenho

Fiz um teste rápido em um array de 1000 int com todas as consultas apresentadas aqui até agora. Todos eles têm o mesmo desempenho (~ 3,5 ms) - exceto row_number() em uma subconsulta (~ 7,5 ms) - como esperado, por causa da subconsulta.

Atualização:Postgres 9.4+

A menos que você opere com subscritos de índice não padrão, use o novo WITH ORDINALITY em vez de:

PostgreSQL unnest() com número do elemento