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The Intellectual
Charles H. Bennett（左）和Gilles Brassard（右）。图源：A. M. Turing Award
撰文｜邸利会
责编｜李珊珊
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昨日，美国计算机学会（ACM）宣布了 2025 年的 ACM A.M. Turing Award（图灵奖）获得者：Charles H. Bennett（查尔斯·贝内特）与 Gilles Brassard（吉勒·布拉萨德），以表彰他们在奠定量子信息科学基础以及变革安全通信与计算方面所发挥的关键作用。
ACM 图灵奖，通常被称为“计算机领域的诺贝尔奖”，奖金为 100 万美元，由谷歌公司提供资金支持。该奖项以英国数学家艾伦·M·图灵的名字命名，他阐明了计算机的数学基础。
贝内特和布拉萨德被广泛认为是量子信息科学的创始人，量子信息科学是物理学和计算机科学交叉领域的一个分支，它将量子力学现象视为处理和传输信息的资源，而不仅仅是物质的属性。
快速发展的量子计算有望提供比现有的计算机更快的计算能力，是目前学术界、工业界的一个研究重点；而量子密码被认为可以提供一个更为安全的通讯方式，而这正是贝内特和布拉萨德的一个重要研究方向。
1979年，当贝内特和布拉萨德开始合作时，谁也没有预想到量子通信会有如此的发展。当时，量子物理和计算机科学是分离的两个学科，任何连接这两个领域的交叉研究可以说都处于非主流和边缘的地位。如今，发端于基础科学的量子密码和通信已经成为一门全新的技术并已经可以商业化，成就一个新的市场。
“他们的主要科学贡献相当于是奠基了量子信息这个研究领域。也可以进一步讲，就是我们现在所从事的量子信息研究，无论是理论还是实验，都是主要基于他们的方案。比如我们发射的墨子号卫星实现的就是量子密码，我们现在所做的量子计算里面也用到了很多量子隐形传态的理论，并且如果要实现通用的量子计算机，那么量子纠错就是其中最重要的组成部分之一。” 中国科学技术大学教授徐飞虎告诉《知识分子》。
现年83岁的贝内特是美国物理学会会员，也是美国国家科学院院士。2017年，他获得了ICTP的狄拉克奖章。2018年，贝内特和布拉萨德共同获得了素有诺贝尔奖前哨之称的沃尔夫物理学奖，也是因此，两人几乎之后的每年都出现在诺贝尔物理学奖的预测榜单上。2019年，贝内特和布拉萨德共同斩获墨子量子奖。此番斩获图灵奖，他们的工作可以说已获得物理学与计算机科学两大领域最高荣誉的双重认证。
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十年后，人们才意识到这他们的研究会威胁到整个密码系统
贝内特于1943年出生于纽约市，他的父母是音乐教师。1964年，贝内特获得布兰迪斯大学化学学士学位，1971年获得哈佛大学博士学位，那时是在 David Turnbull 和 Berni Alder 督导下进行分子动力学研究。在哈佛大学的时候，他还作为DNA双螺旋结构的发现者之一James Watson工作了一年，担任遗传密码的助教。
之后，他在阿贡国家实验室（ Argonne Laboratories）做博士后，从事计算统计物理的研究。1972年，他加入了IBM Research。之后，在 IBM 的 Rolf Landauer 工作的基础上，他表明通用计算可以通过逻辑以及热力学可逆的设备来执行。1982年，他提出了对麦克斯韦妖的重新解释，认为因为破坏而不是获得信息的热力学成本，无法打破热力学第二定律。他还发表了一篇关于估算两个系统之间自由能差异的重要论文，提出贝内特接受率方法。
1984年，贝内特与布拉萨德合作开发了称为BB84（Bennett-Brassard 1984）的量子加密系统，该系统基于量子不可克隆原理，允许在最初不共享秘密信息的各方之间进行安全通信。
这样一个系统基于量子物理的法则，即使破解者拥有量子计算的资源也不能够读取，可以让加密和传输信息更为安全。贝内特与布拉萨德利用了量子世界中的一种奇怪现象：叠加（superposition）。简言之，叠加可以使单个粒子同时出现在两个或多个位置。量子理论认为，一旦有人观察此粒子，这种双重状态就会消失，意味着之后该粒子只出现在一个位置或者另外一个位置。那么，如果这个粒子是在传输过程中，那么任何企图破解的行为都会破坏它的叠加态，同时刻提醒对话者有人在“干坏事”。
在 John Smolin 的帮助下，贝内特在1989年首次成功的进行了世界上第一个量子密码学的演示。
“量子信息是通过观察（observation）而分发，无法拷贝。布拉萨德和我意识到，这可以有发送信息方面的实际用途，在这当中，发送方和接受方可以立即知道是不是有人在窃听。这其实就是量子密匙分发或量子密码学。” 贝内特曾解释道。
刚开始，贝内特与布拉萨德工作的重要性并没有被科学界很快认识到。直到十年之后，其重要性开始显现。因为数学家彼得·秀尔（Peter Shor）发现假想的量子计算机将使支撑了当今的互联网通信隐私和安全的传统密码系统很快失效，而量子密码学将是保持通信安全的唯一手段。
“秀尔发现量子计算机（如果可以建造的话）将彻底破坏保护互联网通信的加密基础设施，然而，我们创建BB84系统比他的发现早十年。所以，当秀尔（宣布量子计算机将）摧毁一切之后，我们工作的重要性变得更加显著，这有点好笑，因为在1984年，从量子理论出发导致了机器间传输中最安全的系统。可十年后，除了我们的（系统），同样的量子理论挑战了所有已经发明的密码系统！” 布拉萨德曾回忆。
秀尔本人则是这样解释自己的贡献：“当前的密码系统取决于分解质因数很难。如果你能快速分解数字，你就可以破解当今系统的所有密码。我展示的是量子计算机可以相当快地分解大数。当然，目前实际上还没有人建造一台足够大的量子计算机来分解这些数字，可能还得再等上几年或几十年的时间。”
量子密码学之外，1993年，贝内特和布拉萨德与其他人合作，发现了 “量子隐形传态”，将未知量子态中的完整信息分解为纯粹的经典信息和纯粹的非经典的Einstein–Podolsky–Rosen（EPR悖论）相关性，通过两个单独的通道发送，然后在新位置重新组装，精确复制在发送过程中被破坏的原始量子状态。
1995年至1997年，他与Smolin，Wootters，DiVincenzo和其他合作者合作，介绍了几种通过噪声通道忠实传输经典和量子信息的技术，这是量子信息和计算理论的更大领域的一部分。他还与其他人一起介绍了纠缠蒸馏的概念。
文章转载自“知识分子”微信公众号
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