Чарльз Беннет и Жиль Брассар были пионерами квантовой теории информации. Теперь они удостоены высшей награды в области компьютерных наук.
Фотоиллюстрация: сотрудники WIRED; Getty Images Сохранить эту статью Сохранить эту статью
Сегодня общепризнано, что будущее вычислительной техники связано с квантовой областью. Такие компании, как Google, Microsoft, IBM и несколько хорошо финансируемых стартапов, лихорадочно создают квантовые компьютеры и регулярно заявляют о достижениях, которые, кажется, приближают эту экзотическую, меняющую мир технологию к реальности. В 1979 году всё это было немыслимо. Но тем летом два учёных встретились в Атлантическом океане у побережья Пуэрто-Рико, и их подводная беседа привела к созданию ряда работ, которые легли в основу квантовой теории информации. В более широком смысле, их вклад помог вывести компьютерную науку в квантовую эпоху.
Эти ученые, Чарльз Беннет и Жиль Брассар, которые долгое время не могли выносить воду на улицу, стали последними лауреатами премии Тьюринга от ACM AM, Нобелевской премии в этой области.
До той встречи 1979 года существовал разрыв между информатикой и физикой. Последняя область пережила перелом в начале XX века, когда физики открыли квантовую механику — более глубокое объяснение функционирования Вселенной, заменившее классическую физику Исаака Ньютона. Однако информатика не учитывала квантовый мир, за исключением случаев, когда приходилось иметь дело с его влиянием на крошечные микросхемы, где поведение электронов имело значение.
«В 1950-х — 1980-х годах люди считали квантовые эффекты явлениями, происходящими в очень малых объектах и являющимися источником шума — для создания транзисторов необходимо было понимать квантовую теорию», — объясняет Беннетт. «Квантовую механику люди воспринимали как помеху». Он и Брассар открыли методы — такие как квантовое подбрасывание монеты и квантовая запутанность — которые превратили кажущиеся недостатки квантовой реальности в мощный инструмент.
На момент их встречи Беннетт находился на перепутье своей карьеры; он присоединился к IBM в 1973 году, но на несколько лет прекратил заниматься академическими публикациями. Одним из источников его постоянного интереса была идея, разделяемая его однокурсником Стивеном Вайснером, — что использование квантовой формы криптографии может позволить создать цифровые деньги, которые невозможно подделать. (Да, Вайснер предвидел криптовалюту еще в конце 1960-х!) На конференции 1979 года Беннетт увидел, что там присутствует криптограф по имени Брассар — он только что закончил диссертацию по криптографии с открытым ключом — и разыскал его за границей.
«И вот я плавал на пляже, когда ко мне подошел совершенно незнакомый человек и начал рассказывать, что его друг обнаружил, что с помощью квантовой механики можно создавать доступные банкноты из ничего», — рассказывает Брассар. «Если бы я был на твердой земле, я бы убежал, спасая свою жизнь, но я был в ловушке в океане, поэтому я вежливо выслушал». Хотя Брассар раньше не интересовался физикой, его заинтриговал этот подход, и в итоге они опубликовали теорию под названием BB84, по сути, создав альтернативу классической криптографии с открытым ключом, основанную на том, что впоследствии стало квантовой теорией информации. Внезапно мир квантовых вычислений стал источником решений — если ученые смогут изобрести механизмы, позволяющие это осуществить. Как заявил Яннис Иоаннидис, президент ACM, организации, присуждающей премию Тьюринга: «Беннет и Брассар коренным образом изменили наше понимание самой информации».
Оба учёных подчеркивают, что их оригинальные работы не привели непосредственно к нынешней гонке за созданием квантовых компьютеров. Беннетт отмечает, что на конференции в Массачусетском технологическом институте в 1981 году легендарный физик Ричард Фейнман «высказывал мысль о том, что, поскольку природа квантовая, вероятно, некоторые вычислительные задачи должны выполняться квантовым компьютером». Он также отдает должное физику Дэвиду Дойчу за ключевые идеи о квантовых компьютерах. Беннетт и Брассард стали частью этой работы.
«Квантовые вычисления были изобретены независимо от нас, но затем мы включились в этот процесс», — говорит Брассар. «Я был первым, кто разработал квантовую схему для квантовой телепортации». Работа Брассара и Беннета над телепортацией, хотя и находится еще на экспериментальной стадии, теперь является частью квантовой науки. Брассар сказал, что «однажды это станет движущей силой квантового интернета».
Беннетт — один из самых красноречивых представителей квантовой науки. «Квантовая информация подобна информации во сне, — писал он. — Попытка описать свой сон кому-то другому меняет ваши воспоминания о нем, поэтому вы начинаете забывать сон и помните только то, что вы о нем рассказали». Брассард, тем временем, сосредоточился на том, как квантовые компьютеры однажды смогут взломать криптографические схемы классической криптографии с открытым ключом, и призывает к развитию квантовой криптографии для создания абсолютно невзламываемых кодов.
Лауреаты премии Тьюринга по-прежнему активны. 83-летний Беннетт до сих пор работает в IBM, где все называют его «Чарли». Пока мы разговаривали из его кабинета в Центре Уотсона в Йорктаун-Хайтс, он понемногу перекусывал обедом. 70-летний Брассар уже 46 лет преподает в Монреальском университете и до сих пор ведет там занятия со студентами. Оба они по-прежнему играют важную роль.
Как и их наследие. Хотя квантовые вычисления стали многомиллиардным проектом, способным определить наше технологическое будущее, теории Беннета и Брассара неразрывно связаны с ДНК этой области. Во время нашего разговора Беннет рассказал мне, что оригинальный механизм, который он и Брассар использовали для доказательства эффективности своей первой теории квантовой криптографии, до сих пор находится в его кабинете. В отличие от футуристических гигантов Google и Microsoft с азотным охлаждением, он выглядит как нечто, собранное из деталей в школьной научной лаборатории, испытывающей нехватку средств; компьютер, который его питал, был одним из первых IBM PC.
«Мы пытались передать его в качестве экспоната Национальному музею криптологии, который расположен прямо рядом со зданием АНБ», — говорит Беннетт. Музей, уделяющий большое внимание безопасности, отказался. «Они сказали: „Нет, мы работаем только с устаревшими криптографическими методами“», — говорит новый лауреат премии Тьюринга. «Это было как бальзам на душу».
Источник: www.wired.com
