2025图灵奖公布，量子信息等四十年，终于被计算机界最高荣誉认可

2026 年 3 月 18 日，国际计算机学会（ACM）宣布，将 2025 年度 ACM A.M. 图灵奖授予 Charles H. Bennett 和 Gilles Brassard，表彰二人在创建量子信息科学基础、革新安全通信与计算方面的核心贡献。这是图灵奖自 1966 年设立以来，首次颁给与量子物理直接相关的研究。奖金 100 万美元，由 Google 提供资助。

图丨Charles H. Bennett 和 Gilles Brassard（来源：IBM）

ACM 主席 Yannis Ioannidis 在声明中称，Bennett 和 Brassard 从根本上改变了人们对“信息”本身的理解，他们的洞察拓展了计算的边界，并在此后数十年里持续激发跨学科的发现。

图灵奖通常被称为“计算机界的诺贝尔奖”。历年获奖者包括互联网、万维网、关系数据库等方向的开拓者，涵盖了从编程语言到芯片架构的诸多领域。而今年的获奖者，一位是物理学家，一位是计算机科学家，两人的合作跨越了四十余年，却并不起源于任何正式的实验室计划，而是始于一次泳池里的闲聊。

1979 年 10 月，第 20 届 IEEE 计算基础研讨会（FOCS）在波多黎各圣胡安举行。Brassard 当时 24 岁，刚从康奈尔大学拿到博士学位，到会议上宣读一篇关于密码学基础的论文。Bennett 已在 IBM 研究院工作了六年，一直琢磨物理定律如何约束信息处理，但很少有同行对此感兴趣。他注意到日程表上 Brassard 那个密码学相关的报告，决定找机会跟对方聊聊。

机会出现在海滩上。Brassard 正在游泳，一个陌生人径直游过来，开口就讲起一个用量子力学制造不可伪造钞票的设想。这个方案来自 Bennett 在哈佛时期的老友 Stephen Wiesner。Brassard 对量子物理一无所知，但出于礼貌，他听了下去，然后很快意识到，这个听起来像科幻小说的想法，背后有严肃的科学逻辑。

那次海水中的对话开启了持续至今的合作。Bennett 是纽约人，1943 年出生于一个音乐教师家庭，在布兰迪斯大学读完本科后到哈佛攻读博士，1973 年加入 IBM 研究院，至今仍在那里工作。Brassard 是加拿大人，1955 年出生于蒙特利尔，少年时由兄长启蒙数学，13 岁上大学，24 岁博士毕业后即加入蒙特利尔大学，此后一直任教至今。一个物理学家，一个计算机科学家，两人的研究轨迹本来毫无交集，却在量子与信息的交叉地带汇合了。

他们的第一个重大成果是量子密码学。1984 年，Bennett 和 Brassard 在印度班加罗尔一场信号处理会议上发表了论文《量子密码学：公钥分发与掷币》，提出了后来以两人姓氏首字母命名的 BB84 协议。BB84 的核心思路是：通信双方可以通过交换单光子来建立一把只有彼此知道的加密密钥，而任何窃听者都无法在不扰动光子量子状态的情况下获取密钥信息。换句话说，窃听行为本身会留下痕迹，在任何信息泄露之前就能被发现。

图丨BB84 协议（来源：AWS）

这个协议的安全性不依赖于任何数学难题的假设，而是直接根植于量子力学的基本定律。这和当时已经广泛使用的公钥密码体系（如 RSA）形成了鲜明对比。传统公钥密码的安全性建立在一个前提上：大整数分解在计算上极为困难。但这只是“相信很难”，并非“证明不可能”。

1994 年，数学家 Peter Shor 提出了量子整数分解算法，从理论上证明一台足够大的量子计算机可以高效破解 RSA。而 BB84 提供的安全性属于信息论意义上的绝对安全，即使对手拥有无限的算力和一台量子计算机，也无法窃取密钥。

当然，论文发表的那几年，几乎没人把这件事当真。Bennett 后来回忆说，在当时的计算机科学界，量子效应被视为化学和物理实验室里的事情，或许跟哲学有点关系，但在实用层面上只是一种麻烦。两人的工作长期游离于主流之外。

转折出现在实验验证。1989 年 10 月，恰好是 Bennett 和 Brassard 首次会面的十周年，Bennett 和当时的暑期学生 John Smolin（现在也是 IBM 研究员）在 Bennett 的办公室里搭建了第一台量子密码装置。由于没有经费、也缺乏实验物理的训练，他们不得不就地取材。

据 Quanta Magazine 报道，Bennett 和 Smolin 曾跑到一家面料店买了一块黑色丝绒布来遮挡杂散光，还跟困惑的店员解释说这是用来做量子密码学的。那台装置实现了 30 厘米距离内的量子密钥分发。30 厘米谈不上实用，但它证明了 BB84 不只是纸上谈兵。

如今，BB84 的各种变体已经在全球多个量子通信网络中投入运行，光纤和卫星两条路径都有实际部署。中国的“墨子号”卫星在 2017 年实现了超过 1000 公里距离的量子密钥分发实验，是迄今最知名的远距离演示之一。

密码学之外，Bennett 和 Brassard 对量子信息科学还有一项影响深远的贡献：量子隐形传态（quantum teleportation）。1993 年，两人与另外四位合作者发表论文，证明利用量子纠缠和经典通信，可以将一个未知的量子态从一个粒子传递到另一个远处的粒子上。

纠缠态的粒子之间存在一种超越距离的关联，测量其中一个，另一个的状态会即刻确定，无论它们相隔多远。这种关联此前被很多物理学家视为纯粹的哲学问题，而 Bennett 和 Brassard 的工作表明，纠缠可以是一种实际可用的资源。1997 年，奥地利物理学家 Anton Zeilinger 团队在实验中首次实现了量子隐形传态。Zeilinger 因相关实验获得 2022 年诺贝尔物理学奖。

1996 年，Bennett 和 Brassard 又提出了纠缠蒸馏（entanglement distillation）的概念，展示了如何从不完美的纠缠态中提炼出高质量的纠缠，这对构建可扩展的量子通信网络至关重要。隐形传态、纠缠交换、纠缠蒸馏——这些概念在提出时高度抽象，如今已成为量子工程的核心组件，是正在建设中的量子互联网的技术基石。

值得一提的是，联合国已将 2025 年定为“国际量子科学技术年”，全球对量子计算、量子通信和量子传感的投资正处于快速上升期。各国政府和产业界也在重新评估现有公钥密码体系的长期安全性。安全专家常提到的一个概念叫“Q-Day”，指的是量子计算机强大到足以破解 RSA 等主流加密算法的那一天。

关于 Q-Day 何时到来，业界没有共识，有人说 2030 年前，有人认为还需要更久。但一个更迫切的风险已经存在：攻击者可以现在就截获加密数据，等量子计算机成熟后再解密，这被称为“先收割，后解密”（harvest now, decrypt later）。NIST 在 2024 年已正式发布了首批后量子密码学（PQC）标准，美国和欧盟都在推动关键基础设施向抗量子加密方案迁移。

在这个背景下，Bennett 和 Brassard 四十多年前提出的量子密码学路径获得了新的关注。BB84 类协议提供的安全保障不依赖数学假设，理论上对量子计算机免疫。

当然，量子密钥分发也面临自身的工程挑战：传输距离受限、基础设施成本高、部署规模有限。它和基于经典数学的后量子密码学并非替代关系，更像是两条平行的防御路径，各有适用场景。正如 ACM 在公告中所说，量子密码学连同正在发展中的抗量子经典方案，共同构成了未来数十年保护数字通信的候选路径。

Bennett 今年 82 岁，仍在 IBM 研究院工作。IBM 的新闻稿指出，他是该公司第七位图灵奖得主，前六位分别因 FORTRAN、APL、关系数据库、RISC 架构、软件工程和 AI 方面的贡献获奖。Bennett 计划将奖金的一部分捐出。他在 IBM 的博客中表示，这个奖项确立了“研究信息处理的物理学”这一方向的重要性，信息不仅是抽象的比特，更是受物理定律支配的实在资源。

Brassard 则在采访中说，如果职业生涯中只能选一个荣誉，他会选图灵奖。两人共同获得过沃尔夫物理学奖（2018）、BBVA 基础科学前沿知识奖、墨子量子奖和基础物理学突破奖，但图灵奖显然有特殊意义，它来自计算机科学界，而量子信息科学的根基恰恰在物理学与计算机科学的交汇处。Brassard 1979 年在康奈尔的博士导师是 1986 年图灵奖得主 John E. Hopcroft。四十年后，学生也站到了同一个领奖台上。

从波多黎各海滩上的一次偶遇，到图灵奖的百万美元表彰，中间隔了将近半个世纪。在这段时间里，量子信息从一个被认为“有点疯狂”的边缘想法，生长为一个有自己的学术期刊、博士项目、产业投资和国家战略的完整学科。而它的两位创始人，一个至今每天去 IBM 的约克敦高地办公室上班，另一个还在蒙特利尔大学带研究生。

量子计算机何时成熟、量子互联网何时建成，目前都还没有确切答案。但对 Bennett 和 Brassard 来说，他们已经完成了最关键的那一步：证明量子世界中藏着经典世界无法企及的计算能力，然后把这个认知交给了下一代人去实现。

参考资料：

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

运营/排版：何晨龙