Een grote sprong voorwaarts voor de Turing Award

Tegenwoordig is het wijdverspreid erkende dat de toekomst van computers zal betrekken het kwantumrijk. Bedrijven als Google, Microsoft, IBM en een paar goed gefinancierde startups bouwen verwoed kwantumcomputers en claimen routinematig vooruitgang die deze exotische, wereldveranderende technologie binnen bereik lijkt te brengen. In 1979 was dit allemaal ondenkbaar. Maar die zomer ontmoetten twee wetenschappers elkaar in de Atlantische Oceaan voor de kust van Puerto Rico, en hun watergesprek leidde tot een oeuvre dat de kwantuminformatietheorie creëerde. In bredere zin hebben hun bijdragen ertoe bijgedragen dat de computerwetenschap het kwantumtijdperk binnenkwam.

Die door water gelogde wetenschappers, Charles Bennett en Gilles Brassard, zijn nu de nieuwste ontvangers van ACM AM Turingprijsde Nobelprijs van het vakgebied.

Tot die bijeenkomst in 1979 bestond er een kloof tussen de informatica en de natuurkunde. Dit laatste veld had in het begin van de 20e eeuw een verstoring ervaren toen natuurkundigen de kwantummechanica ontdekten, een diepere verklaring van de werking van het universum die de klassieke fysica van Isaac Newton verdrong. De computerwetenschappen hielden echter geen rekening met de kwantumwereld, behalve dat ze te maken hadden met de effecten ervan op kleine chips, waar het gedrag van elektronen relevant was.

“In de jaren vijftig tot en met tachtig dachten mensen dat kwantumeffecten in heel kleine dingen voorkomen en als een bron van ruis – je moest de kwantumtheorie begrijpen om transistors te kunnen bouwen”, legt Bennett uit. “Mensen vonden de kwantummechanica hinderlijk.” Hij en Broussard ontdekten methoden, zoals het opgooien van kwantummunten kwantumverstrengeling– die de waargenomen handicaps van de kwantumrealiteit in een krachtig hulpmiddel veranderde.

Op het moment van hun ontmoeting bevond Bennett zich op een kruispunt in zijn carrière; hij was in 1973 bij IBM gekomen, maar had een jarenlange pauze genomen van de academische publicaties. Eén bron van voortdurende fascinatie was een idee dat werd gedeeld door een klasgenoot van de universiteit, Steven Weisner – dat het gebruik van een kwantumvorm van cryptografie digitaal geld mogelijk zou kunnen maken dat niet nagemaakt kon worden. (Ja, Weisner had eind jaren zestig cryptocurrency voor ogen!) Op de conferentie van 1979 zag Bennett dat een cryptograaf genaamd Brassard aanwezig was – hij had net een proefschrift over crypto met publieke sleutels afgerond – en lokaliseerde hem offshore.

“Dus daar was ik aan het zwemmen op het strand toen een volslagen vreemdeling naar me toe kwam en me begon te vertellen dat een vriend van hem ontdekte dat we de kwantummechanica kunnen gebruiken om uit het niets betaalbare bankbiljetten te maken”, vertelt Broussard. “Als ik op vaste grond had gestaan, zou ik voor mijn leven hebben gerend, maar ik zat vast in de oceaan, dus luisterde ik beleefd.” Hoewel Brassard voorheen geen interesse had in natuurkunde, was hij geïntrigeerd door de aanpak, en het paar publiceerde uiteindelijk een theorie genaamd BB84, waarmee in wezen een alternatief werd gecreëerd voor de klassieke cryptografie met publieke sleutels, gebaseerd op wat de kwantuminformatietheorie zou worden. Plotseling werd de wereld van het kwantum een ​​bron van oplossingen – als wetenschappers de mechanismen konden bedenken om dit mogelijk te maken. Zoals Yannis Ioannidis – president van ACM, die de Turing Award uitreikt – het in een verklaring verwoordde: “Bennett en Brassard hebben ons begrip van informatie zelf fundamenteel veranderd.”

Beide wetenschappers doen moeite om te zeggen dat hun oorspronkelijke werk niet rechtstreeks heeft geleid tot de huidige strijd om kwantumcomputers te bouwen. Bennett merkt dat op een conferentie uit 1981 aan het MIT, De legendarische natuurkundige Richard Feynman “merkte op dat, aangezien de natuur kwantum is, sommige computertaken waarschijnlijk door een kwantumcomputer zouden moeten worden uitgevoerd.” Hij crediteert ook de natuurkundige David Deutsch voor belangrijke ideeën over kwantumcomputers. Bennett en Brassard werden onderdeel van die inspanning.

“Quantum computing is onafhankelijk van ons uitgevonden, maar toen zijn wij erin gesprongen”, zegt Brassard. “Ik was de eerste persoon die een kwantumcircuit ontwierp om kwantumteleportatie uit te voeren.” Brassard en Bennett’s werken aan teleportatieHoewel het zich nog in een experimenteel stadium bevindt, maakt het nu deel uit van de kwantumkennis. Armband heeft gezegd dat “het op een dag het kwantuminternet zal voeden.”