“多者时间量子态”理论确立，“连接现代物理两大支柱的数学工具”
数学与物理双专业经历助力…刊登于《Physical Review Letters》
能够同时解释量子力学和相对论的线索，一直近乎是“海市蜃楼”。
作为现代物理学两大支柱的量子力学和相对论，在对待空间和时间的观念上始终难以统一。
这是因为，相对论将空间和时间捆绑为“时空”来处理，而量子力学只针对空间定义“量子态（Quantum State）”，把时间仅仅保留为流逝变化的“过程”（通道）。
这种差异，使得量子力学和相对论在过去一百多年里一直像“同屋异室”的两家人，维持着尴尬的共存。如今，国内研究团队提出了一个新的理论框架，有望解决这场由来已久的不一致。
主角是受聘于蔚山科学技术院（UNIST）不到两年的青年学者、32岁的教授 Lee Seokhyeong。
UNIST 于22日表示，物理学系 Lee Seokhyeong 教授建立了一种全新的理论，将时间轴上发生的全部量子力学动力学视为一个巨大的“量子态”，相关成果已发表于期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）。
Lee 教授提出的理论框架的核心概念是“时间上的多体量子态（multipartite quantum states over time）”。这一方法把跨越多个时刻发生的全部量子过程，统统归并为一个巨大的量子态加以表述，由此不仅可以在同一数学结构中处理空间上相隔的体系，也可以处理时间上相隔的体系。
Lee 教授解释称，这是用一个统一的数学语言来刻画以往用不同语言书写的“空间上的量子态”和“时间上的量子过程”。
刊载该研究的《物理评论快报》是在物理学领域具有重大影响力的期刊。业界甚至有一种说法：成果登上《自然》（Nature）、《科学》（Science）会成为新闻，而登上《物理评论快报》则会改写物理学教科书。事实上，据研究统计网站 Nature Index 分析，1995年至2017年间，超过四分之一（约28.5%）的诺贝尔物理学奖获奖成果，都是以该期刊上发表的论文为基础的。在单一学术期刊中，《物理评论快报》所承载的诺贝尔物理学奖获奖成果数量居首，远远高于《自然》（4.7%）和《科学》（5.6%）。
此次成果得益于 Lee 教授在本科阶段同时主修物理学和数学的独特背景，尤其在以数学上严谨的方式解决问题时，这一背景格外突出。他没有像既有理论那样不断叠加复杂假设，而是仅设定了两个在物理上自然、直观的假设，并证明了在这两个条件同时成立的前提下，时间量子态的数学结构被唯一确定。也就是说，在给定的物理条件下，研究团队提出的时间量子态就是唯一的“正确答案”。
研究还证明，重新建立的时间上的多体量子态与 Kirkwood-Dirac 准概率分布一一对应。借助“量子快照”等最新测量技术，人们将能够在实验中实际观测到时间量子态这一现象。
Lee Seokhyeong 教授表示，希望这一成果能够成为“量子信息科学和量子测量，以及进一步将量子力学与相对论统一起来的量子引力等终极统一理论研究中的新工具”。
本次研究由中国海南大学数学与统计学院的 James Fullwood 教授担任通讯作者。研究获得了 UNIST 和信息通信企划评价院的资助。
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