Research noteConceptual · expanded2026.08Nako Sung · 성낙호
generative holograms and token commitment

Don’t kill Schrödinger’s cat at every token.

If an LLM or world model is a generative hologram, then a token is not the whole thought. It is a measurement. The question is whether the model should be forced to measure at every internal step.

hidden statemany futures
softmaxone readout
diffusiondelayed collapse
<CONT>optional speech
Claim

Token generation should be an optional readout action, not the clock of thought.

Autoregressive language models are trained to predict the next token. That training objective quietly makes one token feel like one unit of thought. But the hidden state before the softmax is not a token. It is a high-dimensional continuous object that can carry unresolved semantic, causal, and plan-level uncertainty.

h_t → W_U h_t → softmax → x_t → E(x_t) → h_{t+1}

Every visible reasoning step therefore performs a compression: continuous state, vocabulary projection, one selected token, then continuous state again. This is a useful interface for communication. It is less obviously the right primitive for internal reasoning.

The proposal is deliberately small. Add one extra policy action, <CONT>. If the model selects a normal vocabulary token, it speaks. If it selects <CONT>, it does not emit language yet; it projects the hidden state forward as the next input embedding and keeps computing in latent space.

Short versionLet the model decide when a thought is ready to become language. Until then, keep the state continuous.
View

LLMs and world models as generative holograms

A useful mental model is that an LLM or world model state is not a single sentence, scene, or plan waiting to be printed. It is more like a generative hologram: a compressed pattern from which many compatible continuations can be reconstructed.

Local activations can imply several semantic futures at once. A world model can carry several possible future observations. An agent can carry several possible plans. Generation is the act of reading one slice out of this field.

Language model

Maintains possible semantic continuations, then commits one public token.

World model

Maintains possible latent futures, then commits a prediction, action, or imagined observation.

Agent

Maintains possible plans, then commits an externally visible move.

The important separation is between state evolution and readout. Current decoding often fuses the two: each internal step must also produce an external symbol. A generative-hologram view suggests the model may need several internal transformations before any single readout is appropriate.

Animated intuition

Two clocks of thought: token clock vs. latent clock

The diagrams below separate state evolution from readout. The first path collapses every step through softmax. The second lets latent hypotheses move, branch, and merge before a token appears.

Autoregressive clock

h_tmanysoftmaxtoken

Each pulse is measured into one token before the next state can continue.

Latent clock with <CONT>

h_tpath Apath Bmergereadout<CONT>

Latent hypotheses can branch and recombine before one readout becomes necessary.

In the left panel, every pulse must pass through the vocabulary bottleneck. In the right panel, several latent pulses can circulate and recombine before the final readout.

Premature commitment

Autoregression kills the cat every token.

The Schrödinger’s cat metaphor is not meant as physics. It is a reminder about measurement. Before readout, the model state can preserve incompatible but still useful hypotheses. A sampled token turns that mixture into a single trace.

That trace has advantages. It creates a scratchpad. It gives the model a stable object to attend to. It makes reasoning auditable by humans and verifiers. But it also creates path dependence. If the model writes the wrong intermediate phrase, later layers must condition on it, repair it, rationalize it, or route around it.

1latent uncertainty
2vocabulary bottleneck
3single public token
4future conditioned on that trace

The failure is not simply that tokens are discrete. Discrete readout is necessary for language. The failure is making readout compulsory at every unit of compute. A model should be able to keep thinking when the uncertainty is still too global, too semantic, or too coupled across alternatives.

Delayed commitment

Diffusion decoding is a useful contrast: decide later, refine globally.

Diffusion-style generation points toward the opposite bias. Rather than committing left-to-right immediately, it keeps a partially specified object and repeatedly denoises or refines the whole. The system can preserve ambiguity while global structure settles.

For language models, the exact diffusion mechanism is not the main point here. The principle is. Some decisions are cheap and local; they can be collapsed immediately. Other decisions are semantic load-bearing walls. They should not be fixed until enough surrounding structure has been evaluated.

ModeCommitment patternUseful whenRisk
Autoregressive token decodingCommit one symbol now, condition future on it.Language is the desired output and uncertainty is local.Early wrong words become anchors.
Diffusion or iterative decodingRefine a partially specified whole before final readout.Global consistency matters more than immediate speech.Can spend compute without clear semantic branching.
Continuous latent continuationAdvance hidden state without vocabulary collapse.The model needs more reasoning before externalizing.Latent states may hide shortcuts unless constrained and probed.
Adaptive compute

Depth vs. width should be allocated by semantic uncertainty.

Adaptive compute is often described as using more steps for hard problems. But “more steps” can mean two different things. Depth refines one trajectory. Width preserves multiple hypotheses. A good policy should choose between them.

Low entropy over the next token is not always low uncertainty over meaning. The model may be confident about the next connective word while uncertain about the plan. What matters is semantic uncertainty: instability over latent interpretations, goals, causal explanations, or solution paths.

Commitment dial

Move semantic uncertainty up and the toy controller shifts away from immediate readout toward latent continuation and branching.

toy policy
readout42%
latent depth4
hypotheses3
mode<CONT>

Possible signals include token entropy, disagreement between probes, value uncertainty, verifier margin, semantic clustering instability, self-consistency disagreement, and reward-model uncertainty. None is sufficient alone. The point is to make compute conditional on the kind of uncertainty, not only on sequence length.

AxisWhat it buysWhen to use itFailure mode
DepthMore transformation of one latent state.The current hypothesis is likely right but incomplete.Deepens a mistaken commitment.
WidthSeveral alternatives remain alive.Plan choices are mutually exclusive or semantic clusters disagree.Duplicates alternatives and wastes compute.
ReadoutLanguage, action, or checkable prediction.The model needs to communicate, act, or expose a claim.Collapses before the right level of uncertainty is resolved.
Where compute lives

CoT may have moved adaptive depth onto the token axis.

Adaptive Computation Time and recurrent-depth architectures such as the Universal Transformer asked a model to spend a variable number of transformations before emitting an answer. Looped transformers continue that line: reuse a block, halt later on harder inputs, and buy more compute without a proportional increase in parameters.

Explicit Chain-of-Thought offers a very LLM-shaped detour. Instead of taking more invisible layer iterations at one position, the model writes an intermediate result, advances along the token axis, and lets later tokens attend back to it. In this sense, CoT may have solved a substantial part of the adaptive-compute problem by temporalizing the computation.

The price is discretization. Every intermediate thought must pass through the vocabulary bottleneck. The benefit is addressability. A thought becomes a position in context that attention can select, combine, and reuse much later. So “CoT made ACT obsolete” would be too strong. CoT traded one compute axis for a powerful memory interface.

zt,d

t → token or latent time: write a new addressable state
d ↓ network depth or recurrence: transform the state again

useful compute may occupy a 2D grid, not a single chain

A pure depth loop does not lack attention: each recurrent block may still attend across token positions. The missing edge is usually across depth. Earlier depth states are compressed into the current residual stream rather than exposed as individually queryable memory. That changes when the architecture explicitly retains and selects prior layer outputs.

Kimi's Attention Residuals is a concrete step in that direction. AttnRes replaces fixed unit-weight residual accumulation with softmax attention over preceding layer outputs; Block AttnRes attends to block-level representations to control memory and communication cost. One way to read it is as adding attention-like edges to the residual/depth graph. It improves access along the vertical axis, but it is not by itself a temporal scratchpad or a latent CoT policy.

Five paths through the same model

The crucial distinction is what crosses from one unit of compute to the next. Amber boxes are vocabulary-discrete; cyan boxes stay continuous; green boxes add or select depth.

vocabulary-discretecontinuous statedepth selection or recurrence

This is why <CONT> is not merely a learned <pause>. Pause-token training appends a discrete placeholder with its own fixed learned embedding and delays reading outputs. The proposed action instead feeds the result of the last generation step—its final-layer hidden state, after a learned projection, normalization, or gate—into the next input slot. Information in direction and magnitude that has no single vocabulary name can survive.

That path is not available in vanilla autoregressive decoding. The standard loop takes logits, selects a token ID, and looks up its embedding for the next step; it does not reinject the previous step's top-layer hidden state. An implementation can expose that state, but making it a valid next input requires a custom decoding and training runtime, learning the resulting state distribution, and careful interaction with positional encoding and the KV cache. As SWITCH demonstrates, this need not change the Transformer block itself; it changes the generation loop and training path, so it is still more than a prompting trick.

FamilyCompute axisMemory interfaceDiscretized each thought step?Readout
1. Depth recurrenceDepth dResidual/recurrent stateNoAfter halting
2. Tokenized CoT, including <pause>Token time tCausal attention over token positionsYesEvery token, or ignored at pause positions
3. Depth-aware attentionEdges across dSelected earlier layer/block outputsNoArchitecturally unchanged
4. Mode-free <CONT> actionLatent time t, optionally extra dContinuous latent positions exposed to attentionNoSoftmax every step chooses <CONT> or a vocabulary token
Why it could work betterIt keeps the LLM-native advantage that reasoning unfolds across addressable time positions, while avoiding a forced nearest-vocabulary decision at each internal step. The hypothesis is not that continuous states are automatically better, but that the model can preserve more task-relevant information until a discrete interface is actually useful.
What could breakRepeated hidden-state feedback can drift off the embedding manifold, collapse to a fixed point, or hide uninterpretable shortcuts. Projection, normalization, gating, step costs, probes, and matched-compute baselines are part of the proposal—not afterthoughts.
Continuous CoT

A minimal <CONT> action learned during RL

Coconut established the core recurrence: use the last-layer hidden state as a continuous thought and feed it as the next input embedding. SWITCH is now the strongest empirical precedent for the same hidden-state feedback. It enters and exits a latent mode with <swi> and </swi>, fills that interval with deterministic <latent> positions, and combines a visible-to-latent curriculum with Switch-GRPO.

The proposal here removes the mode. <CONT> is one action available at every generation step—not an input placeholder and not an opening delimiter. A normal vocabulary action emits a token and naturally ends the silent chain. A <CONT> action emits nothing and routes the current final-layer state into the next input.

\begin{aligned} a_t &\sim \pi_\theta(\cdot \mid h_t^L), & a_t &\in V \cup \{\langle\mathrm{CONT}\rangle\} \\ a_t \in V &: \quad \operatorname{emit}(a_t), & e_{t+1} &= E(a_t) \\ a_t = \langle\mathrm{CONT}\rangle &: \quad \operatorname{emit}(\varnothing), & e_{t+1} &= g_\phi(h_t^L) \end{aligned}

The softmax still runs at every step: it chooses either a vocabulary item or <CONT>. What becomes optional is vocabulary readout. This makes the decision itself discrete and gives every latent step a policy log-probability, while the carried thought remains continuous.

R' = R_{\mathrm{task}} - \lambda \sum_t \mathbf{1}\!\left[a_t = \langle\mathrm{CONT}\rangle\right]

A step cost can teach the model not to think forever. There is still a real RL difficulty: the next state depends on the policy parameters through gφ(htL), so PPO/GRPO cannot treat the latent trajectory exactly like a fixed token trajectory. Stop-gradient feedback is the simplest approximation; replaying the old latent states or differentiating through the full recurrence are more faithful and more expensive alternatives.

What SWITCH already demonstratesOn Qwen3-8B, SWITCH reports 79.3 on MATH500—far above Coconut 46.6, CODI 48.3, and CoLaR 53.6, and close to text CoT at 80.6. On GSM8K it reports 89.2 versus text CoT at 88.6. In a diagnostic causal intervention, zeroing the latent state reduced accuracy from 100 to 33.3; skipping it cost 19 points, while a random same-norm replacement cost only 9.5. The latent state is doing causal work, not merely consuming steps.
Same recurrence, cleaner control hypothesisSWITCH also finds that most useful work is concentrated in the first hidden transition: the model is often exit-ready immediately, although training enforces a minimum of four latent steps. A mode-free <CONT> policy could learn this depth one step at a time, without committing to an entered latent block. This is a proposal, not yet an empirical result.
Later extension

Branch, merge, and recombine latent hypotheses

The one-action version is the smallest experiment. The natural extension is a latent search policy. A hidden state can branch into multiple hypotheses, run a little depth on each, then merge compatible parts before any token is emitted.

This avoids both extremes. It is not ordinary chain-of-thought, where every branch has to become text. It is also not a single blurry average state that may wash out important alternatives. The goal is structured latent multiplicity: several distinguishable hypotheses that can later recombine.

Branch

Split when semantic uncertainty is high or when plan choices are mutually exclusive.

Merge

Compress compatible hypotheses into a shared latent summary.

Recombine

Take useful substructure from different candidates instead of winner-take-all pruning.

Read out

Commit only when the model needs language, action, or an externally checkable claim.

Tests and scope

What would make this real?

This is a hypothesis, not an empirical result. A fair test would compare no-CoT, standard tokenized CoT, pause-token training, recurrent-depth or looped models, depth-aware attention, diffusion or iterative decoding, Coconut-style continuous thought, SWITCH, and mode-free RL-trained <CONT> policies under equal compute budgets.

The evaluation should not stop at final accuracy. We should measure calibration after latent steps, recovery from early wrong hypotheses, semantic diversity of maintained alternatives, verifier margin before and after readout, robustness under adversarial shortcuts, and whether latent states are causally useful rather than decorative.

QuestionMeasurement
Does latent continuation reduce premature commitment?Inject misleading early tokens or probes and test recovery.
Does width preserve real alternatives?Cluster latent states and compare against semantically distinct solution paths.
Does RL learn when to read out?Plot readout frequency against entropy, verifier margin, and task type.
Does the method hide shortcuts?Use OOD splits, causal interventions, and probes rather than only final-answer accuracy.

The research question is simple: can a model learn when not to say the next token?

핵심 주장

토큰 생성은 사고의 시계가 아니라, 필요할 때 하는 readout action이어야 한다.

Autoregressive language model은 next token을 예측하도록 학습된다. 이 구조는 조용히 “token 하나 = 생각의 한 step”이라는 감각을 만든다. 하지만 softmax 이전의 hidden state는 token이 아니다. 그것은 semantic, causal, plan-level uncertainty를 품을 수 있는 고차원 continuous object다.

h_t → W_U h_t → softmax → x_t → E(x_t) → h_{t+1}

보이는 reasoning step마다 모델은 continuous state를 vocabulary로 projection하고, 하나의 token을 선택한 뒤, 다시 continuous state로 돌아온다. 소통을 위한 interface로는 훌륭하지만, 내부 추론의 기본 primitive로도 항상 맞는지는 별개의 문제다.

제안은 작다. policy action에 <CONT>를 하나 추가한다. normal vocabulary token을 고르면 말한다. <CONT>를 고르면 아직 언어를 내보내지 않고, hidden state를 다음 input embedding으로 projection해 latent space에서 계속 계산한다.

짧게 말하면생각이 언어가 될 준비가 되었는지를 모델이 고르게 하자. 그 전까지는 state를 continuous하게 유지한다.
관점

LLM과 world model을 generative hologram으로 보기

LLM이나 world model의 state를 출력 대기 중인 단일 문장, 단일 장면, 단일 계획으로 보면 너무 좁다. 더 유용한 비유는 generative hologram이다. 하나의 압축된 pattern 안에서 여러 compatible continuation을 복원할 수 있다.

Local activation은 여러 semantic future를 동시에 암시할 수 있다. world model은 여러 possible future observation을 들고 있을 수 있다. agent는 여러 plan을 품고 있을 수 있다. generation은 이 field에서 하나의 slice를 읽어내는 행위다.

Language model

여러 semantic continuation을 유지하다가 하나의 public token으로 commit한다.

World model

여러 latent future를 유지하다가 prediction, action, imagined observation으로 commit한다.

Agent

여러 plan을 유지하다가 외부에서 관찰 가능한 move로 commit한다.

중요한 구분은 state evolutionreadout이다. 현재 decoding은 둘을 자주 합쳐버린다. 내부 step 하나가 곧 외부 symbol 하나가 된다. generative-hologram 관점에서는 하나의 readout 전에 여러 internal transformation이 필요할 수 있다.

Animated intuition

두 가지 사고의 시계: token clock과 latent clock

아래 다이어그램은 state evolution과 readout을 분리해서 보여준다. 첫 번째 path는 매 step softmax를 통과해 collapse한다. 두 번째 path는 token이 나오기 전에 latent hypothesis가 이동하고, branch되고, merge될 수 있음을 보여준다.

Autoregressive clock

h_tmanysoftmaxtoken

각 pulse는 다음 state로 이어지기 전에 token 하나로 measurement된다.

Latent clock with <CONT>

h_tpath Apath Bmergereadout<CONT>

Latent hypothesis들은 하나의 readout이 필요해지기 전까지 branch되고 recombine될 수 있다.

왼쪽에서는 모든 pulse가 vocabulary bottleneck을 지나야 한다. 오른쪽에서는 여러 latent pulse가 최종 readout 전에 순환하고 재결합할 수 있다.

Premature commitment

Autoregression은 매 token마다 슈뢰딩거의 고양이를 죽인다.

Schrödinger’s cat 비유는 물리학 주장이 아니라 measurement에 대한 경고다. readout 전의 model state는 서로 양립하기 어려워 보이지만 아직 유용한 hypothesis들을 함께 보존할 수 있다. sampled token은 그 혼합 상태를 하나의 공개 trace로 바꾼다.

그 trace는 장점도 있다. scratchpad가 생긴다. 모델이 다시 attend할 수 있는 안정적인 object가 생긴다. 사람이 reasoning을 감사하거나 verifier가 검사하기 쉬워진다. 하지만 path dependence도 만든다. 잘못된 중간 phrase를 쓰면 이후 계산은 그것을 조건으로 삼고, 수리하고, 합리화하거나, 우회해야 한다.

1latent uncertainty
2vocabulary bottleneck
3single public token
4future conditioned on that trace

문제는 token이 discrete라는 사실 자체가 아니다. 언어를 위해 discrete readout은 필요하다. 문제는 모든 compute 단위마다 readout을 강제하는 것이다. uncertainty가 아직 global하고 semantic하며 alternatives 사이에 얽혀 있다면, 모델은 더 생각할 수 있어야 한다.

Delayed commitment

Diffusion decoding은 좋은 대비다: 나중에 결정하고, 전체를 refine한다.

Diffusion-style generation은 반대 방향의 bias를 보여준다. 왼쪽에서 오른쪽으로 즉시 commit하지 않고, 부분적으로 정해진 object 전체를 반복적으로 denoise하거나 refine한다. global structure가 정리되는 동안 ambiguity를 유지할 수 있다.

여기서 중요한 것은 특정 diffusion architecture가 아니다. 원리다. 어떤 결정은 싸고 local하다. 바로 collapse해도 된다. 다른 결정은 semantic load-bearing wall이다. 주변 구조가 충분히 평가되기 전에는 고정하지 않는 편이 낫다.

ModeCommitment patternUseful whenRisk
Autoregressive token decoding지금 symbol 하나를 commit하고 future를 거기에 condition한다.언어 출력 자체가 목표이고 uncertainty가 local할 때.초기의 잘못된 단어가 anchor가 된다.
Diffusion or iterative decoding최종 readout 전에 partially specified whole을 refine한다.즉시 말하기보다 global consistency가 중요할 때.명확한 semantic branching 없이 compute만 쓸 수 있다.
Continuous latent continuationVocabulary collapse 없이 hidden state를 전진시킨다.외부화 전에 더 reasoning이 필요할 때.제약과 probe가 없으면 latent state가 shortcut을 숨길 수 있다.
Adaptive compute

Depth와 width는 semantic uncertainty가 배분해야 한다.

Adaptive compute는 보통 어려운 문제에 step을 더 쓰는 것으로 설명된다. 하지만 “더 많은 step”에는 두 종류가 있다. Depth는 하나의 trajectory를 refine한다. Width는 여러 hypothesis를 살려둔다. 좋은 policy는 둘 중 무엇이 필요한지 골라야 한다.

Next token entropy가 낮다고 해서 meaning-level uncertainty가 낮은 것은 아니다. 모델은 다음 connective word에는 확신이 있지만 plan 자체에는 불확실할 수 있다. 중요한 것은 semantic uncertainty다. latent interpretation, goal, causal explanation, solution path가 얼마나 불안정한가를 봐야 한다.

Commitment dial

Semantic uncertainty가 올라가면 toy controller가 immediate readout에서 latent continuation과 branching 쪽으로 이동한다.

toy policy
readout42%
latent depth4
hypotheses3
mode<CONT>

가능한 signal은 token entropy, probe disagreement, value uncertainty, verifier margin, semantic clustering instability, self-consistency disagreement, reward-model uncertainty 등이다. 어느 하나만으로 충분하지 않다. 핵심은 compute를 sequence length가 아니라 uncertainty의 종류에 따라 배분하는 것이다.

AxisWhat it buysWhen to use itFailure mode
Depth하나의 latent state를 더 변환한다.현재 hypothesis가 맞지만 아직 불완전할 때.틀린 commitment를 더 깊게 만든다.
Width여러 alternatives를 살려둔다.plan choice가 배타적이거나 semantic cluster가 갈릴 때.중복 후보에 compute를 낭비한다.
Readout언어, 행동, 검증 가능한 prediction을 만든다.모델이 소통하거나 행동하거나 claim을 노출해야 할 때.올바른 수준의 uncertainty가 풀리기 전에 collapse한다.
Compute가 놓이는 곳

CoT는 adaptive depth를 token axis로 옮긴 것일 수 있다.

Adaptive Computation TimeUniversal Transformer 같은 recurrent-depth architecture는 output을 내기 전에 input별로 다른 수의 transformation을 쓰게 했다. Looped transformer도 같은 계열이다. Block을 재사용하고, 어려운 input에서 더 늦게 halt하며, parameter 수를 비례해서 늘리지 않고 compute를 더 쓴다.

Explicit Chain-of-Thought는 아주 LLM다운 우회로를 제공했다. 한 position에서 보이지 않는 layer iteration을 더 돌리는 대신 intermediate result를 token으로 쓰고 temporal axis로 이동한다. 이후 token은 앞의 reasoning token을 attention으로 다시 참조한다. 이런 의미에서 CoT는 adaptive-compute 문제의 상당 부분을 computation의 temporalization으로 풀어버렸다고 볼 수 있다.

지불한 비용은 discretization이다. 모든 intermediate thought가 vocabulary bottleneck을 통과해야 한다. 대신 얻은 것은 addressability다. Thought가 context의 한 position이 되면 attention이 나중에 그것을 선택하고, 조합하고, 재사용할 수 있다. 따라서 “CoT가 ACT를 obsolete하게 만들었다”는 표현은 너무 강하다. CoT는 하나의 compute axis를 강력한 memory interface와 교환했다.

zt,d

t → token 또는 latent time: addressable state를 하나 더 쓴다
d ↓ network depth 또는 recurrence: 같은 state를 한 번 더 변환한다

유용한 compute는 하나의 chain이 아니라 2D grid를 채울 수 있다

Pure depth loop에 attention이 없다는 뜻은 아니다. 각 recurrent block은 여전히 token position 사이를 attend할 수 있다. 보통 빠진 것은 depth 사이의 edge다. 이전 depth의 state는 개별적으로 query 가능한 memory로 노출되기보다 현재 residual stream에 압축된다. Architecture가 이전 layer output을 명시적으로 보존하고 선택할 때 이 제약이 달라진다.

Kimi의 Attention Residuals는 그 방향의 구체적인 사례다. AttnRes는 고정된 unit weight의 residual accumulation을 이전 layer output에 대한 softmax attention으로 바꾸고, Block AttnRes는 memory와 communication cost를 줄이기 위해 block-level representation에 attend한다. Residual/depth graph에 attention-like edge를 추가한다고 해석할 수 있다. Vertical axis의 접근성은 높이지만, 그 자체가 temporal scratchpad나 latent CoT policy인 것은 아니다.

같은 모델을 통과하는 다섯 가지 path

차이는 한 compute unit에서 다음 unit으로 무엇이 넘어가느냐에 있다. Amber box는 vocabulary-discrete, cyan box는 continuous, green box는 depth의 추가 또는 선택을 뜻한다.

vocabulary-discretecontinuous statedepth selection 또는 recurrence

이 지점에서 <CONT>는 단순히 학습된 <pause>가 아니다. Pause-token training은 자체의 고정된 learned embedding을 가진 discrete placeholder를 붙이고 그 위치의 output을 읽지 않는다. 여기서 제안하는 action은 직전 generation step의 결과, 즉 final-layer hidden state를 learned projection, normalization 또는 gate를 거쳐 다음 input slot으로 넣는다. Vocabulary 안의 단어 하나로 이름 붙일 수 없는 방향과 크기의 정보가 그대로 살아남을 수 있다.

이 path는 vanilla autoregressive decoding에는 없다. Standard loop는 logits에서 token ID를 고르고 그 embedding을 다음 step에 lookup한다. 직전 step의 top-layer hidden state를 다시 input으로 넣지 않는다. Implementation에서 hidden state를 꺼내는 것은 가능하지만, 유효한 다음 input으로 되먹이려면 custom decoding·training runtime, 달라진 state distribution에 맞춘 학습, positional encoding과 KV cache 처리가 필요하다. SWITCH가 보여주듯 Transformer block 자체를 바꿀 필요는 없다. Generation loop와 training path의 변화이므로 prompting trick보다는 크다.

FamilyCompute axisMemory interfaceThought마다 discretize?Readout
1. Depth recurrenceDepth dResidual/recurrent state아니오Halting 뒤
2. Tokenized CoT, <pause> 포함Token time tToken position에 대한 causal attention매 token, 또는 pause 위치에서는 무시
3. Depth-aware attentiond 사이의 edge선택된 이전 layer/block output아니오기존 architecture와 동일
4. 모드 없는 <CONT> actionLatent time t, 필요하면 extra dAttention에 노출된 continuous latent position아니오매 step softmax가 <CONT> 또는 vocabulary token을 선택
왜 더 잘될 수 있는가Reasoning이 addressable한 temporal position을 따라 전개된다는 LLM다운 장점은 살리면서, 매 internal step마다 nearest vocabulary decision을 강요하지 않는다. Continuous state가 무조건 낫다는 주장이 아니라, discrete interface가 실제로 유용해질 때까지 task-relevant information을 더 많이 보존할 수 있다는 hypothesis다.
무엇이 깨질 수 있는가Hidden-state feedback을 반복하면 embedding manifold 밖으로 drift하거나 fixed point로 collapse하고, 해석하기 어려운 shortcut을 숨길 수 있다. Projection, normalization, gating, step cost, probe, matched-compute baseline은 나중에 붙일 장치가 아니라 제안의 일부다.
Continuous CoT

RL 단계에서 배우는 가장 작은 <CONT> action

Coconut은 핵심 recurrence를 정립했다. 마지막 layer hidden state를 continuous thought로 보고 다음 input embedding으로 직접 넣는다. SWITCH는 같은 hidden-state feedback에 대한 현재 가장 강한 empirical precedent다. <swi></swi>로 latent mode에 들어가고 나오며, 그 사이를 deterministic <latent> position으로 채우고 visible-to-latent curriculum과 Switch-GRPO를 결합한다.

여기서의 제안은 mode 자체를 없앤다. <CONT>는 input placeholder나 latent mode의 여는 delimiter가 아니라, 매 generation step에서 선택 가능한 action 하나다. 일반 vocabulary action이면 token을 emit하며 silent chain이 자연스럽게 끝난다. <CONT> action이면 아무것도 emit하지 않고 현재 final-layer state를 다음 input으로 보낸다.

\begin{aligned} a_t &\sim \pi_\theta(\cdot \mid h_t^L), & a_t &\in V \cup \{\langle\mathrm{CONT}\rangle\} \\ a_t \in V &: \quad \operatorname{emit}(a_t), & e_{t+1} &= E(a_t) \\ a_t = \langle\mathrm{CONT}\rangle &: \quad \operatorname{emit}(\varnothing), & e_{t+1} &= g_\phi(h_t^L) \end{aligned}

softmax는 매 step 계속 실행된다. vocabulary item 또는 <CONT>를 고른다. Optional해지는 것은 vocabulary readout이다. 결정 자체는 discrete라서 latent step마다 policy log-probability가 생기고, 운반되는 thought는 continuous로 남는다.

R' = R_{\mathrm{task}} - \lambda \sum_t \mathbf{1}\!\left[a_t = \langle\mathrm{CONT}\rangle\right]

Step cost로 끝없이 생각하는 것을 막을 수 있다. 다만 RL 난점은 남는다. 다음 state가 gφ(htL)를 통해 policy parameter에 의존하므로 PPO/GRPO가 latent trajectory를 고정된 token trajectory처럼 다룰 수는 없다. Stop-gradient feedback은 가장 단순한 근사이고, old latent state replay나 full recurrence 미분은 더 충실하지만 더 비싸다.

SWITCH가 이미 보여준 것Qwen3-8B에서 SWITCH는 MATH500 79.3을 보고했다. Coconut 46.6, CODI 48.3, CoLaR 53.6보다 크게 높고 text CoT 80.6에 가깝다. GSM8K에서는 89.2로 text CoT 88.6을 넘었다. Diagnostic causal intervention에서는 latent state를 zero로 바꾸자 accuracy가 100에서 33.3으로 떨어졌고, skip은 19 point, 같은 norm의 random replacement는 9.5 point를 잃었다. Latent state는 단순히 step만 소비한 것이 아니라 causal한 일을 했다.
같은 recurrence, 더 단순한 control hypothesisSWITCH는 유용한 작업의 대부분이 첫 hidden transition에 집중되며 모델이 흔히 즉시 exit-ready임도 보였다. 그런데 training은 최소 네 latent step을 강제한다. Mode-free <CONT> policy라면 latent block에 먼저 들어갈 필요 없이 이 depth를 한 step씩 학습할 수 있다. 아직 검증되지 않은 제안이라는 구분은 중요하다.
다음 확장

Branch, merge, recombination of latent hypotheses

action 하나짜리 버전은 가장 작은 실험이다. 자연스러운 다음 단계는 latent search policy다. hidden state를 여러 hypothesis로 branch하고, 각 hypothesis에 약간의 depth를 쓴 뒤, token을 내보내기 전에 compatible한 부분을 merge하거나 recombine할 수 있다.

이 방식은 두 극단을 피한다. 모든 branch가 text가 되어야 하는 ordinary chain-of-thought도 아니고, 중요한 alternatives를 씻어버리는 하나의 흐릿한 평균 state도 아니다. 목표는 structured latent multiplicity다. 구분 가능한 여러 hypothesis를 살려두고 나중에 다시 조합하는 것이다.

Branch

semantic uncertainty가 높거나 plan choice가 서로 배타적일 때 나눈다.

Merge

서로 compatible한 hypothesis를 shared latent summary로 압축한다.

Recombine

winner-take-all pruning 대신 여러 후보의 유용한 substructure를 섞는다.

Read out

언어, 행동, 외부 검증 가능한 claim이 필요할 때만 commit한다.

검증 범위

무엇을 보면 이 아이디어가 진짜인지 알 수 있을까?

이 글은 empirical result가 아니라 hypothesis다. 공정한 테스트는 같은 compute budget에서 no-CoT, standard tokenized CoT, pause-token training, recurrent-depth 또는 looped model, depth-aware attention, diffusion 또는 iterative decoding, Coconut-style continuous thought, SWITCH, mode-free RL-trained <CONT> policy를 비교해야 한다.

평가는 final accuracy에서 멈추면 안 된다. latent step 이후 calibration, 초기에 틀린 hypothesis로부터 회복하는 능력, 유지된 alternatives의 semantic diversity, readout 전후 verifier margin, adversarial shortcut에 대한 robustness, latent state가 실제로 causal하게 유용한지까지 봐야 한다.

QuestionMeasurement
Latent continuation이 premature commitment를 줄이는가?초기 misleading token이나 probe를 주입하고 recovery를 본다.
Width가 진짜 alternatives를 보존하는가?Latent state를 clustering하고 semantically distinct solution path와 비교한다.
RL이 언제 read out할지 배우는가?Readout frequency를 entropy, verifier margin, task type과 함께 plot한다.
Method가 shortcut을 숨기는가?Final-answer accuracy만 보지 말고 OOD split, causal intervention, probe를 쓴다.

연구 질문은 단순하다. 모델이 “다음 token을 말하지 않을 때”를 배울 수 있는가?