两位量子通信先驱斩获图灵奖 量子信息科学获最高认可

两位量子通信先驱斩获图灵奖 量子信息科学获最高认可。量子信息科学领域的两位科学家查尔斯·贝内特和吉尔·布拉萨德获得2025年图灵奖，这是量子信息理论首次获得计算机科学界的最高认可。美国计算机协会表示，在长达四十余年的时间里，贝内特和布拉萨德的合作弥合了物理学和计算机科学这两个原本截然不同的学科之间的鸿沟。

贝内特是IBM的量子信息科学家，而布拉萨德是加拿大蒙特利尔大学的密码学家。他们因在建立量子信息科学基础以及变革安全通信与计算方面发挥的关键作用而获奖。ACM 图灵奖被誉为“计算机领域的诺贝尔奖”，奖金100万美元，由谷歌公司赞助。

贝内特和布拉萨德被广泛认为是量子信息科学的创始人，他们提出了人类历史上第一个量子密钥分发协议——BB84协议。这一理论证明了量子力学可以用于保护信息安全，是信息时代最重要的突破之一。此外，他们的研究还为量子隐形传态和量子网络构建奠定了坚实的基础。

量子信息科学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。此次图灵奖授予贝内特和布拉萨德，标志着量子信息理论首次获得计算机科学界的最高认可。

传统加密方法主要利用数学上的复杂性来提升安全性，但随着算力的提升，甚至量子计算机的出现，这类系统可能被轻松破解。BB84协议则提供了一条完全不同的道路。它利用量子力学的基本定律，使通信双方能够有效察觉任何窃听行为，从而实现具备信息论安全的密钥分发。换句话说，只要量子力学没有失效，即使窃听者拥有无限算力，协议依然能在理论上保证密钥安全。

BB84协议巧妙地利用了不可克隆定理和量子态的测量会扰动系统这两个性质。前者告诉我们，未知的量子态无法被完美复制；后者则表明，任何试图观测或测量量子系统的行为，都会不可避免地破坏它原本的状态。

在实际通信中，按照BB84协议的设定，发送方（Alice）会将密码信息编码在单个光子上，并随机切换不同的“滤镜”进行发送。接收方（Bob）也只能随机挑选“滤镜”进行测量接收。如果在通信中途，潜伏的窃听者（Eve）试图强行拦截并测量光子，她的观测行为必然会触发“测量即扰动”效应，从而在通信数据中留下不可磨灭的错误痕迹。事后，Alice和Bob只需核对一小部分数据，一旦发现错误率异常飙升，就能立刻察觉窃听并切断通信。

BB84协议的思想火花源于斯蒂芬·维斯纳提出的量子货币概念，利用量子态的不可复制性来制造无法伪造的钞票。Bennett在一次会议期间向Brassard讲述了这个想法，两人随后展开合作，并于1984年发表了“BB84 协议”。

这篇论文最初并未引起广泛关注，许多人认为量子力学距离实际通信系统太遥远。然而，Bennett和Brassard并没有放弃。1989年，他们的团队做出了一个由闪光灯和感光器组成的原型机，在32.5厘米距离上完成了人类历史上首个量子保密传输演示。尽管只是一个初步的实验，但这32.5厘米却成了量子通信走向现实的第一步。

除了开创密码学领域，Bennett与Brassard的工作还重塑了计算机科学的理论基础。1993年，二人与合作者共同提出了量子隐形传态协议，证明了借助量子纠缠与经典通信的配合，可以在相距遥远的粒子之间“转移”一个未知的量子态。1996年，他们又提出了纠缠提纯的概念，展示了如何将易受环境噪声干扰的、不完美的纠缠转化为高质量的纠缠。这些工作为构建量子网络，以及最终实现跨越全球传输量子信息的量子互联网奠定了基础。

中国科学家通过“墨子号”量子科学实验卫星实现了上千公里的洲际量子密钥分发，将量子通信距离扩展到上千公里，并通过京沪干线构建起了天地一体的量子通信网络。如今，量子密钥分发系统已经进入商业化阶段，并被部署在金融网络、政府通信等关键领域中。

美国计算机协会高度评价了Bennett和Brassard的工作，认为他们在长达四十余年的时间里紧密合作，弥合了物理学和计算机科学之间的鸿沟。他们的研究成果广泛且深远地影响了密码学、算法设计、计算复杂性等多个领域。两位科学家曾荣获沃尔夫物理学奖、基础物理学突破奖、墨子量子奖等多项国际奖项。

查尔斯·贝内特现为IBM研究中心研究员，长期从事量子信息、计算物理和信息论的研究。他获得了多项国际奖项，包括兰克奖、哈维奖、狄拉克奖等。吉尔·布拉萨德现任加拿大蒙特利尔大学计算机科学教授，长期开展密码学、量子信息和量子通信理论研究。他也获得了多项国际奖项，如玛丽-维克托林奖、国际密码学研究协会奖等。