今年，计算机界的顶级奖项图灵奖已揭晓，美国物理学家查尔斯·贝内特和加拿大计算机科学家吉勒·布拉萨德因其杰出贡献而共同获得此荣誉。
这项决定打破了长达六十年的传统惯例。
图灵奖，以英国数学家图灵命名，被誉为计算领域的诺贝尔奖，奖金由谷歌赞助100万美元。在过去几十年里，该奖项曾授予过编程语言的创始人、人工智能的先锋以及互联网架构的设计者。然而，这次的获奖者却因与量子物理直接相关的研究而首次赢得这一殊荣。
官方颁奖词明确指出，表彰他们“在量子信息科学基础的建立以及安全通信和计算领域的变革方面所作出的关键贡献”。
这次开创性的合作，最初源于一场看似荒诞的海上搭讪。
1979年夏天，在波多黎各北海岸的大西洋中，当时在IBM工作的贝内特游向一个陌生的年轻人，开始讲述他关于量子力学制造不可伪造钞票的想法。而那位年轻人，正是刚完成博士论文的密码学家布拉萨德。
“如果我当时站在陆地上，早就逃走了。”布拉萨德回忆道，“但在海里，我只能礼貌地听着。”
无人料想，正是这两位在海中相遇的陌生人，通过一次无法逃避的对话，开启了一段长达四十年的合作，开创了如今被称为量子信息科学的整个领域。
量子信息科学如何从麻烦转变为最强盾牌
在贝内特和布拉萨德相遇的时代，物理学与计算机科学之间存在着明显的隔阂。尽管物理学家早在20世纪初就发现了量子力学，但计算机科学家长期将其视为制造晶体管时的干扰因素。
贝内特指出，从20世纪50年代到80年代，人们普遍认为量子效应只在微观尺度上出现，是制造晶体管时必须克服的噪声源。然而，这两位获奖者却反其道而行之，发现量子抛币和量子纠缠等方法，可以将量子现实中那些被视为缺陷的特性转化为极其强大的工具。
贝内特的大学同学斯蒂芬·威斯纳在20世纪60年代末提出了一个大胆的想法：利用量子特性制造无法伪造的数字货币。尽管这个想法听起来像科幻小说，但贝内特一直对此念念不忘。
1979年，贝内特在参会名单中发现布拉萨德的名字，并认为他可能是唯一能理解自己想法的人，于是就有了那次海中的对话。
虽然布拉萨德此前对物理研究不感兴趣，但他听完后并未离去，反而被这一想法深深吸引。两人开始合作，最初尝试将贝内特的想法从钞票改为地铁代币，并于1983年发表论文，论证了量子地铁代币无法被伪造。
量子通信协议BB84的诞生
1984年，真正具有革命性的变化出现了。
那一年，贝内特和布拉萨德发表了题为《量子密码学：公钥分发和抛币》的论文，提出了后来被称为BB84的通信协议，名字来源于两人姓氏首字母和年份。
这个协议旨在解决一个古老的问题：相隔两地的两个人如何安全地共享加密密钥？
早在1949年，信息论创始人克劳德·香农就已经证明，为了绝对安全，通信双方必须提前共享一个至少与消息长度相同的密钥。后来的公钥密码学（如今天的RSA算法）提供了一种强大的解决方案，依赖于极其复杂的数学难题来保证安全。
然而，BB84采取了完全不同的路径，它完全放弃了计算假设，转而依靠物理学来保障安全。
具体来说，发送方将密钥编码为光子的量子态，并通过光纤发送。根据量子力学原理，量子信息在不被干扰的情况下是无法复制或测量的，任何窃听企图都会留下可检测的痕迹。
贝内特后来解释说：“这意味着我们可以共享信息，并确信没有被其他人窃听。”
1989年，贝内特在IBM的团队首次通过物理实验演示了这一概念。这项技术最初只能实现30厘米的传输距离，但如今已经发展成为全球性的技术。
伦敦大学学院的理论物理学家乔纳森·奥本海姆评价说，贝内特和布拉萨德的工作不仅开创了一个技术领域，还帮助研究者更好地理解宇宙，比如黑洞领域的难题。
量子通信网络的发展
2017年，中国的墨子号卫星完成了上千公里级的量子密钥分发实验，欧洲和北美也逐渐铺设光纤量子通信网络。
“长期以来，人们不清楚这些想法如何应用。”荷兰代尔夫特理工大学量子通信研究员斯蒂芬妮·韦纳说，“现在，从小公司到大公司，甚至美国政府都在尝试部署这项技术。”
尽管量子密码学尚未完全取代基于数学假设的传统密码学，但贝内特与布拉萨德的伟大之处在于他们开创了一条纯粹的量子通信信道，使人类第一次拥有了能够完全剥离数学算力焦虑的绝对安全方案。
对于外界的热情，贝内特本人却很冷静。他多次表示，他们80年代的工作并没有直接导致后来的量子计算热潮。早在1981年，理查德·费曼就提出了量子计算机的想法，而大卫·多伊奇也对量子计算机的关键思想有所贡献。
尽管量子计算已经变成一项价值数十亿美元的全球竞赛，两位获奖者依然保持着学者的纯粹与好奇心。
83岁的贝内特仍然在IBM工作，同事们亲切地称他为查理。70岁的布拉萨德在蒙特利尔大学任教超过46年，继续指导新一代研究者。
贝内特的办公室里保留着他们最初用来证明量子密码理论有效性的装置，这台装置看起来就像一个资金紧张的高中实验室用废弃零件拼凑而成的。
贝内特曾试图将这个装置捐献给美国国家安全局旁边的国家密码学博物馆，却被博物馆拒绝了。
“他们说：不，我们只处理过时的密码技术。”贝内特笑着说，“这听起来真是悦耳至极。”
正如ACM主席所评价的，贝内特和布拉萨德从根本上改变了我们对信息本身的理解，他们的贡献至今依然站在人类科技的最前沿。
网络安全公司evolutionQ联合创始人兼CEO、滑铁卢大学量子计算研究所教授米歇尔·莫斯卡（Michele Mosca）对两人的工作有长期观察。他第一次接触到这些想法是在90年代初，当时感觉像科幻小说。但如今，已有数家网络安全公司将其方法用于产品中，帮助保护数据承载网络的安全。
隐形传态不传送物质，传送的是量子态。用一对纠缠粒子做通道，可以把一个粒子的状态传到另一个粒子身上。这个过程是安全的，因为任何拦截都会破坏纠缠。
荷兰代尔夫特理工大学的量子通信研究员斯蒂芬妮·韦纳（Stephanie Wehner）这样解释，量子信息不仅仅是经典信息的载体，我们可以用它来做一些没有经典类似物的事情。
1996年，贝内特和布拉萨德又做了另一项工作：纠缠蒸馏（distillation）。简单说，就是证明了如何把不完美的纠缠加强为高质量的纠缠，这是迈向可扩展量子通信的关键一步。没有这一步，远距离量子通信很难规模化。
伦敦大学学院的理论物理学家乔纳森·奥本海姆（Jonathan Oppenheim）说，贝内特和布拉萨德的工作不只是开创了一个技术领域，它还反过来让研究者更好地理解宇宙。比如黑洞研究里的一些难题，就是贝内特等人用量子信息工具来探索的。
今天的量子互联网构想，源头就在这里。随着谷歌和微软等公司制造出越来越强大的量子计算机，隐形传态终有一天将深刻改变数据从一个地方传输到另一个地方的方式。
05从30厘米到1000公里
BB84刚做出来的时候，传输距离只有30厘米。如今，这项技术已经飞上了天。
2017年，中国的墨子号卫星完成了上千公里级的量子密钥分发实验，用的就是BB84的变种方案。在欧洲和北美，光纤量子通信网络也在逐步铺开。
“很长一段时间里，人们不清楚这些想法怎么用。”纳朗博士说，“现在，小公司、大公司甚至美国政府都在尝试部署这项技术。”
当然，这并不意味着量子密码会在短时间内彻底颠覆并取代RSA。受限于极高的专用硬件成本，量子密码目前还很难大规模普及，基于数学假设的传统密码学在未来很长一段时间内仍将是主流。但贝内特与布拉萨德的伟大之处在于，他们史无前例地开辟出了一条纯粹的量子通信信道，让人类第一次拥有了能够完全剥离数学算力焦虑的绝对安全方案。
对于外界的狂热，贝内特本人却看得很淡。他和布拉萨德不止一次说过，他们80年代的工作并没有直接导致后来的量子计算热潮。早在1981年，理查德·费曼（Richard Feynman）就提出过，既然自然本身是量子的，有些计算任务可能就需要用量子计算机来做。大卫·多伊奇（David Deutsch）也曾对量子计算机的关键想法做过贡献，而贝内特和布拉萨德是后来才加入这个领域的。
但不可否认的是，他们当年在海水中开辟的那条路，已经是整个量子信息科学最坚实的地基。
尾声：初心不改
尽管量子计算已经成为一项价值数十亿美元的全球竞赛，两位获奖者依然保持着学者的纯粹与好奇心。
83岁的贝内特至今仍留在IBM工作，那里的同事都亲切地称他为查理。70岁的布拉萨德则在蒙特利尔大学任教超过46年，继续指导着新一代研究者。
在贝内特位于约克敦高地的办公室内，保留着那个划时代的古董，也就是他们最初用来证明首个量子密码理论有效性的装置。与谷歌和微软那些充满未来感、用液氮冷却的庞大机器相比，这个装置看起来就像资金紧张的高中实验室用废弃零件拼凑而成的，它的核心动力甚至仅仅是一台最早期的IBM个人电脑。
贝内特曾试图将这个装置作为展品，捐献给位于美国国家安全局（NSA）大楼旁边的国家密码学博物馆。然而，这个安全意识极强的博物馆却断然拒绝了。
“他们说：不，我们只处理过时的密码技术。”这位新晋图灵奖得主笑着回忆，“这话听起来真是悦耳至极。”
因为这恰恰说明，这套诞生于四十年前的思想，至今依然站在人类科技的最前沿，尚未成为历史。
正如ACM主席扬尼斯·约安尼季斯（Yannis Ioannidis）所评价的，贝内特和布拉萨德从根本上改变了我们对信息本身的理解。他们的洞察力拓展了计算的边界，并启动了跨越学科的数十年发现，当今量子技术背后的全球势头，凸显了他们贡献的持久重要性。