刚刚，美国计算机协会（ACM）宣布，将2025年图灵奖（ACM A.M. Turing Award）授予IBM的量子信息科学家查尔斯·贝内特（Charles H. Bennett） 和加拿大蒙特利尔大学的密码学家吉尔·布拉萨德（Gilles Brassard），以表彰他们“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”。

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。该奖项以提出计算数学基础的英国数学家艾伦·图灵（Alan Turing）命名。

Charles H. Bennett和Gilles Brassard被广泛认为是量子信息科学的创始人，二人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。除此之外，二人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。此次ACM 图灵奖授予 Bennett和Brassard这一荣誉，标志着量子信息理论首次获得计算机科学界的最高认可。

第一个实用的量子加密协议

密码学中有一个古老的问题：如何让两个不事先共享秘密信息的人，安全地建立密钥？传统的加密方法主要利用数学上的复杂性来提升安全性，黑客要暴力破解出一个密码可能需要一万年的时间。然而，随着算力的疯狂提升，甚至量子计算机的出现，这类系统就可能被轻松破解。

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。

那么BB84协议是如何利用量子力学来实现安全通讯的呢？它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。

1960年代末，已故物理学家斯蒂芬·维斯纳（Stephen Wiesner）发现了量子态不可克隆定理，但直到1982年由威廉·伍特斯（William Wootters）和沃伊切赫·祖列克（Wojciech Zurek）严格证明后才引起广泛关注。

在实际的通信场景中，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。这正是BB84协议的伟大之处：它的安全性由自然规律保证。哪怕窃听者拥有无限的算力，也无法违背物理定律 。 

伟大的科学突破总是带有几分传奇色彩。BB84协议的思想火花，起初正是源于前文提到的“量子隐士”——Stephen Wiesner。

早在20 世纪 70 年代初，Stephen Wiesner就提出了量子货币的概念，利用量子态的不可复制性来制造无法伪造的钞票。可惜这个想法过于超前，以至于论文多年未能发表。直到1983年，原始论文才在BB84协议问世的促使下在ACM Sigact New的特刊上延迟发表。Wiesner后来干脆离开学术界，远赴以色列沙漠做起了建筑工人。

但Wiesner的好友Bennett一直没有忘记这个天才构想。1979 年，在波多黎各圣胡安的一次密码学会议期间，Bennett在海边游泳时偶遇了年轻的密码学家Brassard，向他讲述了Wiesner的量子货币设想。Brassard 很快意识到，这个想法不仅能用来做钞票，更能用来做绝对安全的通信！

“那可能是我职业生涯中最奇异、最魔幻的时刻，” Brassard 后来回忆道，“几小时内，我们就找到了将Wiesner的编码方案与当时新兴的公钥密码学概念结合起来的方法”。两人随后展开合作，并于1984年在一次IEEE会议上详细地发表了“BB84 协议”。协议名称中的 “BB” 来自Bennett 与 Brassard 的姓氏首字母，而 “84” 则来自发表年份。

这篇论文在最初几年并未引起广泛关注。当时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10月，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。因为原型机的高压电源在切换偏振时会发出不同的噪音，Brassard后来幽默地回忆道：“这台机器可能只对“聋子”窃听者才是绝对安全的！”

虽然是玩笑，但这32.5厘米却成了量子通信走向现实的第一步。

量子密码学后来发展出许多新概念，例如基于纠缠的通信协议、设备无关量子密钥分发以及量子随机数生成等。有才华的研究者们正在寻找越来越多富有想象力的方法。时至今日，BB84协议及其它改进版本仍是最广泛部署的量子密码协议之一。

量子互联网走向现实

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。

在美国计算机协会的介绍中，另一个标志性的突破发生在1993年：二人与合作者共同提出了量子隐形传态协议。该协议证明，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，而无需物理上移动粒子本身。这一研究表明，量子纠缠这种曾经主要被视为哲学思辨的现象，如今可以成为一种实用的资源。

随后在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。这是实现大规模、可扩展量子通信的至关重要的一步。

从量子密钥分发到量子隐形传态，再到纠缠提纯，这一系列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。

中国科学家在将两位信息科学前驱的理论构想转为现实应用方面做出了重要贡献，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。

美国计算机协会在颁奖词中给予了高度评价：

“在长达四十余年的时间里，Bennett和Brassard紧密合作，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。他们将量子原理融入计算模型之中，其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、学习理论、交互式证明和数学物理等诸多领域。他们的研究也激励了一代物理学家和计算机科学家跨越学科界限开展合作。”

如今，两位曾荣获沃尔夫物理学奖、基础物理学突破奖、墨子量子奖的科学巨匠，登上了图灵奖的殿堂。这不仅是对他们的最高赞誉，更印证了量子信息科学已从隐士的大胆构想，真正重塑了现实世界 。

获奖人介绍

美国物理学家，现为IBM研究中心研究员。1964年毕业于布兰代斯大学，获得化学学士学位。1970年在哈佛大学获得博士学位，主要研究分子动力学。1972年加入IBM，长期从事量子信息、计算物理和信息论的研究，对量子通信与量子计算理论的发展产生了深远影响。Bennett是美国物理学会会士和美国国家科学院院士。曾获得多项国际奖项，包括兰克奖（2006）、哈维奖（2008）、大川奖（2010）、狄拉克奖（2017）、沃尔夫物理学奖（2018、墨子量子奖（2019）、香农奖（2020）、基础物理学突破奖（2023）等。他还获得多所大学授予的荣誉博士学位。

加拿大计算机科学家，现任加拿大蒙特利尔大学计算机科学教授，加拿大研究讲席教授。1975年获得蒙特利尔大学计算机科学学士，随后获得康奈尔大学计算机科学硕士，并于1979年获得蒙特利尔大学计算机科学博士。完成博士学位后，他回到蒙特利尔大学任教，并长期开展密码学、量子信息和量子通信理论研究。布拉萨尔曾获玛丽-维克托林奖（2000）、国际密码学研究协会奖（2006）、格哈德·赫茨伯格加拿大金奖（2010）、沃尔夫物理学奖（2018）、墨子量子奖（2019）、香农奖（2020）、基础物理学突破奖（2023）等。2013年当选加拿大皇家学会会士和伦敦皇家学会会士。

信息来源：“赛先生”微信公众号