機器之心編輯部

剛剛，美國計算機學(xué)會（ACM）宣布了 2025 年的 ACM A.M. Turing Award（圖靈獎）獲得者： Charles H. Bennett 與 Gilles Brassard，以表彰他們在奠定量子信息科學(xué)基礎(chǔ)以及變革安全通信與計算方面所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

ACM A.M. 圖靈獎常被稱為「計算機界的諾貝爾獎」，獎金為 100 萬美元，由谷歌公司（Google, Inc.）提供資金支持。該獎項以闡述了計算數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的英國數(shù)學(xué)家 Alan M. Turing 的名字命名。

Bennett 與 Brassard 被公認(rèn)為量子信息科學(xué)的奠基人。該領(lǐng)域處于物理學(xué)與計算機科學(xué)的交叉地帶，將量子力學(xué)現(xiàn)象視作處理和傳輸信息的資源，超越了單純將其視為物質(zhì)屬性的范疇。

1984 年，受已故合作者 Stephen Wiesner 觀點的啟發(fā)，Bennett 與 Brassard 提出了首個實用的量子密碼學(xué)協(xié)議，即現(xiàn)在的 BB84 協(xié)議。在論文《量子密碼學(xué)：公鑰分發(fā)與擲幣》中，他們證明了通信雙方可以建立由物理學(xué)定律保證安全的秘密加密密鑰，即使面對擁有無限計算能力和高度成熟技術(shù)（如量子計算機）的對手，該密鑰依然安全。

• 論文標(biāo)題：Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing
• 論文地址：https://arxiv.org/abs/2003.06557

1949 年，數(shù)學(xué)家兼計算機科學(xué)家 Claude Shannon 證明，只有在通信雙方提前共享長度至少等于消息本身長度的密鑰的情況下，通信才可能實現(xiàn)絕對保密。

后來，公鑰密碼學(xué)提供了一種強大的替代方案，其基礎(chǔ)在于被認(rèn)為難以求解的數(shù)學(xué)問題。這些假設(shè)構(gòu)成了現(xiàn)代數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的基石，但正如 Peter Shor 早在 1994 年所證明的那樣，一旦擁有全尺寸的量子計算機，這些系統(tǒng)將變得不再安全。相比之下，BB84 無需計算假設(shè)即可實現(xiàn)信息論安全，其依據(jù)是量子信息的基本屬性：量子信息無法在不引起擾動的情況下被復(fù)制或測量。任何竊聽嘗試都會在信息泄露之前留下可檢測的痕跡。

隨著大規(guī)模量子計算機研究的推進，政府與業(yè)界正在重新評估廣泛部署的公鑰密碼系統(tǒng)的長期可靠性。量子密碼學(xué)與新興的、有望抗量子的經(jīng)典方法（目前尚無安全性證明）一道，代表了未來幾十年保障數(shù)字通信安全的途徑之一。BB84 的變體已在全球范圍內(nèi)投入運行的量子通信網(wǎng)絡(luò)中得到實施，涵蓋了基于光纖的陸地有線通信與基于衛(wèi)星的自由空間通信。

除密碼學(xué)之外，Bennett 與 Brassard 的工作還重塑了計算的理論基礎(chǔ)。1993 年，他們與其他合作者共同提出了量子隱形傳態(tài)，展示了如何利用量子糾纏（即相距甚遠、無法相互影響的粒子之間令人驚訝的關(guān)聯(lián)行為）與經(jīng)典通信，在相距遙遠的各方之間傳輸任意量子態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)表明，曾經(jīng)主要被視為哲學(xué)奇聞的糾纏可以作為一種實用資源。相關(guān)現(xiàn)象的實驗驗證獲得了 2022 年諾貝爾物理學(xué)獎的認(rèn)可。

他們隨后在 1996 年關(guān)于糾纏蒸餾的工作表明，可以把不完美的糾纏強化為高質(zhì)量的糾纏，這是邁向可擴展量子通信的關(guān)鍵一步。這些思想為當(dāng)前構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)以及最終構(gòu)建能夠跨全球距離傳輸量子信息的量子互聯(lián)網(wǎng)的努力奠定了基礎(chǔ)。

在四十多年里，Bennett 與 Brassard 的合作橋接了物理學(xué)與計算機科學(xué)這兩個以往截然不同的學(xué)科。通過將量子原理引入計算模型，他們的工作影響了密碼學(xué)、算法設(shè)計、計算復(fù)雜性、學(xué)習(xí)理論、交互式證明以及數(shù)學(xué)物理等領(lǐng)域。他們的研究推動了一代物理學(xué)家和計算機科學(xué)家跨越學(xué)科邊界展開合作。

ACM 主席 Yannis Ioannidis 表示：「Bennett 與 Brassard 從根本上改變了我們對信息本身的理解。他們的深刻見解拓展了計算的邊界，并開啟了跨學(xué)科領(lǐng)域數(shù)十年的探索進程。當(dāng)今全球量子技術(shù)的發(fā)展勢頭突顯了他們貢獻的深遠意義?！?/p>

在他們獲獎之際，聯(lián)合國剛剛宣布 2025 年為國際量子科學(xué)與技術(shù)年，這反映出全球?qū)α孔佑嬎?、量子通信與量子傳感領(lǐng)域的投資日益增長。當(dāng)今許多構(gòu)建大規(guī)模量子系統(tǒng)的宏偉計劃，其概念基礎(chǔ)都可以追溯到 Bennett 與 Brassard 開創(chuàng)的理論突破。

展望未來，量子信息科學(xué)的新篇章包括對容錯量子計算機、新型量子算法以及由衛(wèi)星和量子中繼器支持的長距離量子通信的探索。隱形傳態(tài)、糾纏交換與蒸餾等曾經(jīng)抽象的理論思想，如今已成為實用量子工程的核心組件。

Google DeepMind 兼 Google Research 首席科學(xué)家 Jeff Dean 表示：「Charles Bennett 與 Gilles Brassard 的前瞻性見解為當(dāng)今科技界最激動人心的前沿領(lǐng)域之一奠定了基礎(chǔ)。他們的工作持續(xù)影響著基礎(chǔ)研究與實際創(chuàng)新。谷歌很榮幸能夠支持 ACM A.M. 圖靈獎，向塑造計算未來的先驅(qū)們致敬?！?/p>

人物介紹

Charles H. Bennett 是一位美國物理學(xué)家，他的研究塑造了量子信息科學(xué)、量子密碼學(xué)與量子隱形傳態(tài)的基礎(chǔ)，并在確立量子信息科學(xué)為一門嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)學(xué)科的過程中發(fā)揮了核心作用。

Bennett 在布蘭迪斯大學(xué)（Brandeis University）獲得學(xué)士學(xué)位，并在哈佛大學(xué)（Harvard University）獲得博士學(xué)位，之后于 1973 年加入 IBM 研究院（IBM Research）并工作至今。

在他的職業(yè)生涯中，他一直致力于探索物理學(xué)（尤其是熱力學(xué)與量子力學(xué)）與計算機科學(xué)（密碼學(xué)、可計算性、計算復(fù)雜性與信息論）之間的聯(lián)系，以推進對計算和量子力學(xué)的理論及實踐的理解。

他曾獲得多項著名獎項，包括沃爾夫物理學(xué)獎（Wolf Prize in Physics）、墨子量子獎（Micius Quantum Prize）、BBVA 基金會基礎(chǔ)科學(xué)前沿知識獎（BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award in Basic Sciences）以及基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎（Breakthrough Prize in Fundamental Physics）。他還是美國國家科學(xué)院（US National Academy of Sciences）院士與英國皇家學(xué)會（Royal Society）外籍院士。

Gilles Brassard 是一位加拿大計算機科學(xué)家，被公認(rèn)為世界上首位涉足量子信息科學(xué)這一未知領(lǐng)域的學(xué)者。

他在蒙特利爾大學(xué)（Université de Montréal）獲得學(xué)士與碩士學(xué)位，并于 1979 年在 1986 年圖靈獎得主 John E. Hopcroft 的指導(dǎo)下，于康奈爾大學(xué)（Cornell University）獲得理論計算機科學(xué)博士學(xué)位。此后不久，他加入了蒙特利爾大學(xué)任教，并于 2001 年至 2021 年期間擔(dān)任加拿大皇家學(xué)會量子信息科學(xué)研究主席（Canada Research Chair in Quantum Information Science）。

作為加拿大勛章（Order of Canada）與魁北克國家勛章（Ordre national du Québec）獲得者，Brassard 榮獲了眾多榮譽，包括沃爾夫物理學(xué)獎、墨子量子獎、BBVA 基金會基礎(chǔ)科學(xué)前沿知識獎以及基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎。他是英國皇家學(xué)會會士與美國國家科學(xué)院外籍院士。

參考鏈接：https://amturing.acm.org/