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2025/12/24
https://news.unist.ac.kr/kor/newsletter/20251222/

최근 우리 연구실의 연구 결과인 “Multipartite quantum states over time from two fundamental assumptions”의 언론 보도가 있었습니다. 하지만 흔히 그렇듯 연구 결과를 대중적으로 이해하기 쉬운 기사로 옮기면서 많은 과장과 오해가 생겨 연구자가 주장하지 않은 형태로 전달되기도 합니다. 짧게 요약하자면: 아니오, 우리는 양자역학과 상대성이론을 통합한 것이 아닙니다. (저는 상대론을 잘 모릅니다.) 그렇지만, 우리는 양자이론 안에서 미묘한 불일치를 해결했고, 과학 연구의 진짜 재미는 그런 미묘함에서 온다고 생각합니다.

상당히 단순화된 보도와는 반대로, 해당 연구 결과는 양자역학과 상대론의 결합에 대한 직접적인 연구라기보다는 양자 이론 내에서 형식적으로 시간과 공간이 다른 수학적 언어로 쓰여있던 것을 통합하는 것에 관한 이론입니다. 연구자들이 이러한 통합을 원하는 이유는 양자 이론이 고전적인 확률이론의 일반화라는 관찰에 기인합니다. 고전 확률론에서는 두 확률적 사건이 공간적으로 떨어져 있든, 시간적으로 떨어져 있든 그 상관관계는 확률 분포라는 통일된 언어로 기술될 수 있습니다. 그러나 기존의 양자 이론에서는 시/공간적 상관관계가 완전히 다른 언어로 쓰여졌습니다. 과연 이러한 불일치가 근본적인지, 아니면 양자 이론이 개발되어 온 과정의 우연적 산물인지는 오랜 문제였고, 최근에 두 종류의 양자 상관관계를 통합하는 “시간상의 양자상태 (quantum state over time)”이라는 접근법이 개발된 것입니다. 이번 연구는 2시점 상에만 국한되어 있던 시간상의 양자상태를 기술하는 방법론을 다시점 상으로 유일하게 확장하는 것에 관한 연구입니다. 이러한 발견이 향후 양자 중력등을 연구하는 연구자들에게 어떤 아이디어를 줄 수 있다고는 생각하지만 (시간상의 양자상태가 시간적 양자 얽힘에 활용된 사례 : 링크), 이 연구는 본질적으로 양자정보이론 연구입니다.

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There has recently been media coverage of our group’s research result, “Multipartite quantum states over time from two fundamental assumptions.” But as often happens, in translating a research result into a popular, easy-to-digest article, a lot of exaggeration and misunderstanding can creep in. in short: No, we did not unify quantum mechanics and relativity. (I don’t know relativity very well.) Still, we believe we resolved a subtle issue within quantum theory—and we think the real fun of scientific research comes from exactly that kind of subtlety.

Contrary to the heavily simplified coverage, this work is not a direct study of “combining quantum mechanics and relativity.” Rather, it is a theory about unifying, within quantum theory itself, two mathematical languages that had been used differently for time and for space. Why do researchers want such a unification? It comes from the observation that quantum theory is a generalization of classical probability theory. In classical probability, whether two random events are separated in space or separated in time, their correlations can be described in a single unified language: a probability distribution. In standard quantum theory, however, spatial correlations and temporal correlations have been expressed in completely different languages. Whether this mismatch is fundamental, or merely an accidental byproduct of how quantum theory historically developed, has been a long-standing question. Recently, an approach called the “quantum state over time” has been developed to unify these two types of quantum correlations. Our present work concerns a unique extension of the formalism for describing quantum states over time: it takes what had been limited to two time points and extends it uniquely to multiple time points. We do think this kind of result could eventually give ideas to researchers studying things like quantum gravity. (For an example of quantum states over time being used for temporal quantum entanglement, see: link.) But after all, this is a quantum information theory paper.