IBM查爾斯·貝內特獲圖靈獎，開創量子信息科學新時代

許多人將量子計算的起源追溯到1981年春天在馬薩諸塞州德德姆市MIT恩迪科特研究所召開的一次會議。在那次物理計算會議的首次聚會中，近50名物理學家和計算機科學家匯聚一堂，著名物理學家理查德·費曼分享了他對計算未來的激進愿景。

"他說計算機應該是量子的，因為世界本身就是量子的，"IBM研究員、那次著名聚會的參與者查爾斯·H·貝內特說道。這一觀點的影響力遠遠超出了恩迪科特研究所的范圍，而已經開始深入思考信息物理學的貝內特，將在費曼啟發的這個領域中發揮核心作用。現在，他和長期合作伙伴、蒙特利爾大學教授吉爾·布拉薩德被授予2025年ACM圖靈獎，這是計算領域的最高榮譽。

該獎項表彰了他們的開創性工作，這些工作幫助建立了量子信息科學領域，并為量子密碼學、基于糾纏的協議和量子計算奠定了概念基礎。然而，在貝內特看來，這項榮譽并不是真正關于他個人的成就或與布拉薩德的合作，而是強調了他近半個世紀以來所推進理念的重要性。

"這個獎項確立了研究信息處理物理學在理論和實踐中的重要性，"他說。"計算、通信和信息存儲是一個重要的科學領域，你應該為其自身價值和應用而理解它，其中大部分應用可能尚待發現。"

跨學科探索的起點

貝內特通往量子信息科學的道路并非始于計算，而是始于一個更基本的問題：計算與支配世界的物理定律之間是否存在聯系？

作為學生時，他被不同領域邊界的問題所吸引。"我想主修生物化學，但那不是本科專業，所以他們說學化學吧。"他對跨學科思維的偏好并未止步于此。作為本科生，他的興趣轉向了化學數學，然后是化學物理學。后來，作為研究生助教，他發現自己在幫助學生理解遺傳密碼的同時，也在學習圖靈機。

"我覺得它們很相似，"他說，將圖靈機與編輯和復制DNA的酶和蛋白質進行比較，"因為它們都在長磁帶上移動并對其進行修改。"

到20世紀70年代初，在貝內特的第一個博士后職位期間，他開始認真思考計算作為一個物理過程——不僅受邏輯或數學支配，還受熱力學和量子力學物理定律約束。隨著時間的推移，這一探索方向將引導他提出一些突破性想法：信息不僅僅是一個抽象概念，它具有物理約束，這些約束可以轉化為能力而不是障礙。

在與布拉薩德的合作中——他們在1979年波多黎各圣胡安會議期間在海中游泳時相遇——貝內特將幫助構建理解量子世界中信息的新框架。他們的工作展示了獨特的量子現象——比如無法在不干擾的情況下復制未知量子狀態——如何被用來傳輸和保護信息。

這一洞察將成為我們今天所稱的量子密碼學的基礎。它還將影響后來關于糾纏和量子隱形傳態的工作，揭示了曾經被視為哲學好奇的相關性如何成為量子傳感和量子計算技術中的實用資源。

量子信息與經典信息有何不同？"量子信息是不同的，因為它無法被復制，"貝內特說。"它就像夢中的信息……一旦你開始試圖告訴別人你的夢，你就開始忘記夢境，只記得你說過的話。所以夢的公開版本不同于原始夢境。公開版本可以被復制，但它不等同于夢境。"

IBM的研究環境

當貝內特在20世紀70年代初加入IBM時，公司提供了工業研究中罕見的東西：探索基礎問題所需的時間和空間，即使這些問題沒有明顯的商業應用。

"IBM是進行這種研究的理想場所，因為你有人在研究計算和硬件的基礎物理學，同一棟建筑里還有人專注于計算數學，"貝內特說。"我可以沿著走廊閑逛，與許多人討論基礎想法和當時幾乎沒有重疊的領域。"

這些對話在塑造貝內特的工作中發揮了關鍵作用，強化了他的感覺，即理解計算需要跨學科的洞察。隨著時間的推移，IBM的開放和探索文化將幫助培養那些實際應用需要數十年才能實現的想法。

2016年，在貝內特和他的同行奠定量子信息科學基礎很久之后，IBM將第一臺量子計算機放到了云端——使任何有互聯網連接的人都能訪問那臺5量子比特的設備。貝內特說，這一決定以及IBM量子計算機的持續可訪問性在吸引更多人進入他幫助建立的領域方面發揮了寶貴作用。

"從教學角度來看——讓人們思考量子力學，提高人們的量子直覺，認識到量子信息學與經典信息學有多么不同……在真實設備上操作會有所幫助，"他說。

對于相信功能日益強大的量子計算機的廣泛可用性幾乎不可避免的貝內特來說，這種教育作用至關重要。他認為量子信息科學不應該是專家的專屬領域。相反，它應該成為每個人，甚至非專家，都能在基礎層面推理的知識體系。他說，培養這種直覺有助于人們對信息和物理世界進行不同的思考，并為最終成為日常生活一部分的技術做好社會準備。

"我認為每個人都應該像理解相對論和黑洞一樣理解量子信息，"他說。

奠定科學基礎

當量子計算開始作為一個領域融合時，貝內特已經花了幾十年時間思考信息作為物理存在——受約束限制，受熱力學和量子力學支配，并由承載它的系統塑造。他追求的問題不是由技術必然性或單一靈感時刻驅動的，而是由對信息與自然關系的近乎終生的迷戀驅動的。

2025年ACM圖靈獎認可了這些問題與更廣泛科學共識的融合。在表彰貝內特和布拉薩德時，該獎項標志著量子信息科學作為一個重要學科的興起——一個重新構建物理學和計算中長期存在難題，并為現在開始成形的技術奠定概念基礎的學科。

對貝內特來說，這項榮譽不僅強調了已經建立的成就，還強調了已經理解的內容：信息本身是一種物理資源，探索其極限可以開辟全新的思考世界的方式。

Q&A

Q1：查爾斯·貝內特因什么貢獻獲得圖靈獎？

A：查爾斯·貝內特因其在量子信息科學領域的開創性工作獲得2025年ACM圖靈獎。他與合作伙伴吉爾·布拉薩德一起建立了量子信息科學領域，為量子密碼學、基于糾纏的協議和量子計算奠定了概念基礎。他們的工作展示了如何利用獨特的量子現象來傳輸和保護信息。

Q2：量子信息與經典信息有什么區別？

A：量子信息的最大特點是無法被復制。貝內特用夢境做比喻：就像夢中的信息一樣，一旦你試圖告訴別人你的夢，你就開始忘記原始夢境，只記得你說過的話。夢的公開版本可以被復制，但它不等同于原始夢境。這種不可復制性成為量子密碼學的重要基礎。

Q3：IBM在量子信息科學發展中發揮了什么作用？

A：IBM為貝內特的研究提供了理想環境，讓他能夠探索沒有明顯商業應用的基礎問題。公司的開放文化讓不同領域的研究人員能夠交流合作。2016年，IBM將首臺5量子比特量子計算機放到云端，讓任何人都能訪問，這在教育普及和吸引更多人進入量子信息科學領域方面發揮了重要作用。