2025圖靈獎公布，量子信息等四十年，終于被計算機界最高榮譽認可

2026 年 3 月 18 日，國際計算機學會（ACM）宣布，將 2025 年度 ACM A.M. 圖靈獎授予 Charles H. Bennett 和 Gilles Brassard，表彰二人在創(chuàng)建量子信息科學基礎(chǔ)、革新安全通信與計算方面的核心貢獻。這是圖靈獎自 1966 年設(shè)立以來，首次頒給與量子物理直接相關(guān)的研究。獎金 100 萬美元，由 Google 提供資助。

圖丨Charles H. Bennett 和 Gilles Brassard（來源：IBM）

ACM 主席 Yannis Ioannidis 在聲明中稱，Bennett 和 Brassard 從根本上改變了人們對“信息”本身的理解，他們的洞察拓展了計算的邊界，并在此后數(shù)十年里持續(xù)激發(fā)跨學科的發(fā)現(xiàn)。

圖靈獎通常被稱為“計算機界的諾貝爾獎”。歷年獲獎?wù)甙ɑヂ?lián)網(wǎng)、萬維網(wǎng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫等方向的開拓者，涵蓋了從編程語言到芯片架構(gòu)的諸多領(lǐng)域。而今年的獲獎?wù)撸晃皇俏锢韺W家，一位是計算機科學家，兩人的合作跨越了四十余年，卻并不起源于任何正式的實驗室計劃，而是始于一次泳池里的閑聊。

1979 年 10 月，第 20 屆 IEEE 計算基礎(chǔ)研討會（FOCS）在波多黎各圣胡安舉行。Brassard 當時 24 歲，剛從康奈爾大學拿到博士學位，到會議上宣讀一篇關(guān)于密碼學基礎(chǔ)的論文。Bennett 已在 IBM 研究院工作了六年，一直琢磨物理定律如何約束信息處理，但很少有同行對此感興趣。他注意到日程表上 Brassard 那個密碼學相關(guān)的報告，決定找機會跟對方聊聊。

機會出現(xiàn)在海灘上。Brassard 正在游泳，一個陌生人徑直游過來，開口就講起一個用量子力學制造不可偽造鈔票的設(shè)想。這個方案來自 Bennett 在哈佛時期的老友 Stephen Wiesner。Brassard 對量子物理一無所知，但出于禮貌，他聽了下去，然后很快意識到，這個聽起來像科幻小說的想法，背后有嚴肅的科學邏輯。

那次海水中的對話開啟了持續(xù)至今的合作。Bennett 是紐約人，1943 年出生于一個音樂教師家庭，在布蘭迪斯大學讀完本科后到哈佛攻讀博士，1973 年加入 IBM 研究院，至今仍在那里工作。Brassard 是加拿大人，1955 年出生于蒙特利爾，少年時由兄長啟蒙數(shù)學，13 歲上大學，24 歲博士畢業(yè)后即加入蒙特利爾大學，此后一直任教至今。一個物理學家，一個計算機科學家，兩人的研究軌跡本來毫無交集，卻在量子與信息的交叉地帶匯合了。

他們的第一個重大成果是量子密碼學。1984 年，Bennett 和 Brassard 在印度班加羅爾一場信號處理會議上發(fā)表了論文《量子密碼學：公鑰分發(fā)與擲幣》，提出了后來以兩人姓氏首字母命名的 BB84 協(xié)議。BB84 的核心思路是：通信雙方可以通過交換單光子來建立一把只有彼此知道的加密密鑰，而任何竊聽者都無法在不擾動光子量子狀態(tài)的情況下獲取密鑰信息。換句話說，竊聽行為本身會留下痕跡，在任何信息泄露之前就能被發(fā)現(xiàn)。

圖丨BB84 協(xié)議（來源：AWS）

這個協(xié)議的安全性不依賴于任何數(shù)學難題的假設(shè)，而是直接根植于量子力學的基本定律。這和當時已經(jīng)廣泛使用的公鑰密碼體系（如 RSA）形成了鮮明對比。傳統(tǒng)公鑰密碼的安全性建立在一個前提上：大整數(shù)分解在計算上極為困難。但這只是“相信很難”，并非“證明不可能”。

1994 年，數(shù)學家 Peter Shor 提出了量子整數(shù)分解算法，從理論上證明一臺足夠大的量子計算機可以高效破解 RSA。而 BB84 提供的安全性屬于信息論意義上的絕對安全，即使對手擁有無限的算力和一臺量子計算機，也無法竊取密鑰。

當然，論文發(fā)表的那幾年，幾乎沒人把這件事當真。Bennett 后來回憶說，在當時的計算機科學界，量子效應(yīng)被視為化學和物理實驗室里的事情，或許跟哲學有點關(guān)系，但在實用層面上只是一種麻煩。兩人的工作長期游離于主流之外。

轉(zhuǎn)折出現(xiàn)在實驗驗證。1989 年 10 月，恰好是 Bennett 和 Brassard 首次會面的十周年，Bennett 和當時的暑期學生 John Smolin（現(xiàn)在也是 IBM 研究員）在 Bennett 的辦公室里搭建了第一臺量子密碼裝置。由于沒有經(jīng)費、也缺乏實驗物理的訓練，他們不得不就地取材。

據(jù) Quanta Magazine 報道，Bennett 和 Smolin 曾跑到一家面料店買了一塊黑色絲絨布來遮擋雜散光，還跟困惑的店員解釋說這是用來做量子密碼學的。那臺裝置實現(xiàn)了 30 厘米距離內(nèi)的量子密鑰分發(fā)。30 厘米談不上實用，但它證明了 BB84 不只是紙上談兵。

如今，BB84 的各種變體已經(jīng)在全球多個量子通信網(wǎng)絡(luò)中投入運行，光纖和衛(wèi)星兩條路徑都有實際部署。中國的“墨子號”衛(wèi)星在 2017 年實現(xiàn)了超過 1000 公里距離的量子密鑰分發(fā)實驗，是迄今最知名的遠距離演示之一。

密碼學之外，Bennett 和 Brassard 對量子信息科學還有一項影響深遠的貢獻：量子隱形傳態(tài)（quantum teleportation）。1993 年，兩人與另外四位合作者發(fā)表論文，證明利用量子糾纏和經(jīng)典通信，可以將一個未知的量子態(tài)從一個粒子傳遞到另一個遠處的粒子上。

糾纏態(tài)的粒子之間存在一種超越距離的關(guān)聯(lián)，測量其中一個，另一個的狀態(tài)會即刻確定，無論它們相隔多遠。這種關(guān)聯(lián)此前被很多物理學家視為純粹的哲學問題，而 Bennett 和 Brassard 的工作表明，糾纏可以是一種實際可用的資源。1997 年，奧地利物理學家 Anton Zeilinger 團隊在實驗中首次實現(xiàn)了量子隱形傳態(tài)。Zeilinger 因相關(guān)實驗獲得 2022 年諾貝爾物理學獎。

1996 年，Bennett 和 Brassard 又提出了糾纏蒸餾（entanglement distillation）的概念，展示了如何從不完美的糾纏態(tài)中提煉出高質(zhì)量的糾纏，這對構(gòu)建可擴展的量子通信網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。隱形傳態(tài)、糾纏交換、糾纏蒸餾——這些概念在提出時高度抽象，如今已成為量子工程的核心組件，是正在建設(shè)中的量子互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基石。

值得一提的是，聯(lián)合國已將 2025 年定為“國際量子科學技術(shù)年”，全球?qū)α孔佑嬎恪⒘孔油ㄐ藕土孔觽鞲械耐顿Y正處于快速上升期。各國政府和產(chǎn)業(yè)界也在重新評估現(xiàn)有公鑰密碼體系的長期安全性。安全專家常提到的一個概念叫“Q-Day”，指的是量子計算機強大到足以破解 RSA 等主流加密算法的那一天。

關(guān)于 Q-Day 何時到來，業(yè)界沒有共識，有人說 2030 年前，有人認為還需要更久。但一個更迫切的風險已經(jīng)存在：攻擊者可以現(xiàn)在就截獲加密數(shù)據(jù)，等量子計算機成熟后再解密，這被稱為“先收割，后解密”（harvest now, decrypt later）。NIST 在 2024 年已正式發(fā)布了首批后量子密碼學（PQC）標準，美國和歐盟都在推動關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施向抗量子加密方案遷移。

在這個背景下，Bennett 和 Brassard 四十多年前提出的量子密碼學路徑獲得了新的關(guān)注。BB84 類協(xié)議提供的安全保障不依賴數(shù)學假設(shè)，理論上對量子計算機免疫。

當然，量子密鑰分發(fā)也面臨自身的工程挑戰(zhàn)：傳輸距離受限、基礎(chǔ)設(shè)施成本高、部署規(guī)模有限。它和基于經(jīng)典數(shù)學的后量子密碼學并非替代關(guān)系，更像是兩條平行的防御路徑，各有適用場景。正如 ACM 在公告中所說，量子密碼學連同正在發(fā)展中的抗量子經(jīng)典方案，共同構(gòu)成了未來數(shù)十年保護數(shù)字通信的候選路徑。

Bennett 今年 82 歲，仍在 IBM 研究院工作。IBM 的新聞稿指出，他是該公司第七位圖靈獎得主，前六位分別因 FORTRAN、APL、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、RISC 架構(gòu)、軟件工程和 AI 方面的貢獻獲獎。Bennett 計劃將獎金的一部分捐出。他在 IBM 的博客中表示，這個獎項確立了“研究信息處理的物理學”這一方向的重要性，信息不僅是抽象的比特，更是受物理定律支配的實在資源。

Brassard 則在采訪中說，如果職業(yè)生涯中只能選一個榮譽，他會選圖靈獎。兩人共同獲得過沃爾夫物理學獎（2018）、BBVA 基礎(chǔ)科學前沿知識獎、墨子量子獎和基礎(chǔ)物理學突破獎，但圖靈獎顯然有特殊意義，它來自計算機科學界，而量子信息科學的根基恰恰在物理學與計算機科學的交匯處。Brassard 1979 年在康奈爾的博士導(dǎo)師是 1986 年圖靈獎得主 John E. Hopcroft。四十年后，學生也站到了同一個領(lǐng)獎臺上。

從波多黎各海灘上的一次偶遇，到圖靈獎的百萬美元表彰，中間隔了將近半個世紀。在這段時間里，量子信息從一個被認為“有點瘋狂”的邊緣想法，生長為一個有自己的學術(shù)期刊、博士項目、產(chǎn)業(yè)投資和國家戰(zhàn)略的完整學科。而它的兩位創(chuàng)始人，一個至今每天去 IBM 的約克敦高地辦公室上班，另一個還在蒙特利爾大學帶研究生。

量子計算機何時成熟、量子互聯(lián)網(wǎng)何時建成，目前都還沒有確切答案。但對 Bennett 和 Brassard 來說，他們已經(jīng)完成了最關(guān)鍵的那一步：證明量子世界中藏著經(jīng)典世界無法企及的計算能力，然后把這個認知交給了下一代人去實現(xiàn)。

參考資料：

1.https://awards.acm.org/turing

運營/排版：何晨龍