Gerade wurde der Turing-Award an den Vater der Quantenkryptographie verliehen. Ein Plausch am Pool vor 40 Jahren hat eine Milliardenbranche hervorgebracht.

【Einführung】Der Turing-Award für das Jahr 2025 wurde feierlich bekannt gegeben! Dieser Jahrgang des Turing-Awards geht an die beiden Pioniere der Quanteninformation, Bennett und Brassard. Ein Zufallsencounter an einem Strand vor 40 Jahren brachte die beiden zusammen und veränderte direkt die zukünftige Kommunikation und Computation der gesamten Menschheit.

Gerade wurde der ACM Turing-Award 2025 bekannt gegeben.

Dieser Jahrgang des Turing-Awards geht an die Begründer der Quanteninformationswissenschaft, Charles H. Bennett und Gilles Brassard!

Das ACM würdigt diesmal ihre zentralen Beiträge zur Grundlage der Quanteninformationswissenschaft und zur Transformation von sicherer Kommunikation und Computation.

Seit 1966 geht der Turing-Award zum ersten Mal an Arbeiten im Zusammenhang mit Quantenphysik.

Dies ist nicht nur eine Hommage an die beiden Meister in Physik und Informatik, sondern auch ein Meilenstein in der Geschichte der Informatik: Der Turing-Award kehrt von der Spitze des Deep Learning zurück zur physikalischen Essenz der Computation.

Der ACM Turing-Award wird oft als „Nobelpreis der Informatik“ bezeichnet. Der Preisgeldbetrag von 1 Million US-Dollar wird von Google finanziert.

Netizens sagen allgemein, dass die beiden den Preis verdienen!

Der Turing-Award ist vergeben, die beiden Helden der Quanteninformation werden gekrönt

Die Namen von Charles H. Bennett und Gilles Brassard klingen seit über vierzig Jahren an der Schnittstelle von Physik und Informatik.

Der eine ist ein amerikanischer Physiker, der seit einem halben Jahrhundert bei IBM arbeitet, der andere ist ein kanadischer Informatiker, der mit 13 Jahren an die Universität ging.

Vor über vierzig Jahren trafen sie sich zufällig an einem Strand in Puerto Rico und starteten so eine legendäre Kooperation zwischen Physik und Informatik.

Sie erfanden die Quantenkryptographie und entdeckten die Quanten-Teleportation. Fast allein durch ihre Kraft verwandelten sie die „Quanteninformationswissenschaft“ von einem Randthema in eine globale Branche im Milliarden-Dollar-Bereich.

Interessanterweise fiel ihre Preisverleihung genau in das Jahr 2025, das von der Vereinten Nationen als „Internationales Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie“ erklärt wurde.

Die Quantenrevolution im „Schwimmbecken“

Für Bennett und Brassard begann ihre Zusammenarbeit 1979 an einem Strand in San Juan, Puerto Rico.

Zu der Zeit nahmen beide an der jährlichen IEEE-Konferenz für Grundlagen der Informatik teil.

Bennett war ein Physiker am IBM-Research-Institut, Brassard war ein junger Informatiker, der gerade seinen Doktorgrad an der Cornell University erhalten hatte und an dem letzten Tag der Konferenz einen Vortrag über Kryptographie halten sollte.

Bennett bemerkte seinen Namen und dachte, dass dieser Mann vielleicht an einer verrückten Idee interessiert sein könnte.

Also schwamm Bennett direkt zu diesem unbekannten Kanadier, während er im Meer schwamm, und begann direkt über etwas Unvorstellbares zu sprechen:

Sein alter Freund Stephen Wiesner hatte eine Methode erfunden, mit der man mit Quantenmechanik „unfälschbare Banknoten“ herstellen konnte.

„Ich konnte mich damals im Wasser nicht bewegen, also hörte ich höflich zu“, sagte Brassard später in Erinnerung.

Aber als er erkannte, dass dieses merkwürdige Konzept eine ernsthafte Wissenschaft war, verwandelte sich seine Skepsis schnell in Faszination. „Dies war wahrscheinlich der seltsamste und magischste Moment meines Berufslebens.“

Brassard wies schlagartig auf eine Lücke in dem Quanten-Geld-Konzept hin – es sei zwar unmöglich, Banknoten zu fälschen, aber es sei auch extrem schwierig, damit zu bezahlen, da nur der Emittent die Echtheit überprüfen könne. Also schlug er vor, Wiesners Konzept mit Kryptographie-Techniken zu verbinden.

Zehn Minuten später, als die beiden an den Strand schwammen, war der Kerngedanke festgelegt.

Dieser „Anflug“ im Schwimmbecken führte zur Entstehung des ersten Quantenkryptographie-Protokolls in der Geschichte der Menschheit.

Gilles Brassard (links) und Charles Bennett (rechts) sind die ersten Wissenschaftler weltweit, die Quantenphysik und Informationstheorie miteinander verbanden.

BB84, absolute Sicherheit, geschützt durch physikalische Gesetze

1984 veröffentlichten Bennett und Brassard den bahnbrechenden Artikel „Quantum Cryptography: Public Key Distribution and Coin Tossing“ und stellten das BB84-Protokoll vor, benannt nach den Anfangsbuchstaben ihrer Namen.

Und dies war auch das erste Quanten-Schlüssel-Verteilungs-System (QKD) der Welt.

https://arxiv.org/pdf/2003.06557

Es löst ein altes Kryptographie-Problem: Wie können zwei Personen auf unsicheren Kommunikationsleitungen einen wirklich sicheren Verschlüsselungsschlüssel erstellen?

Die Sicherheit der herkömmlichen Kryptographie basiert auf mathematischen Problemen – beispielsweise auf der Schwierigkeit, große Ganzzahlen zu faktorisieren.

Aber „schwierig“ heißt nicht „unmöglich“.

Die Revolutionärheit von BB84 liegt darin, dass seine Sicherheit nicht auf irgendeiner mathematischen Annahme beruht, sondern direkt auf physikalischen Gesetzen.

Nach dem Heisenbergschen Unschärferelat kann ein Quantenzustand nicht kopiert oder gemessen werden, ohne dass er gestört wird –

Jedes Abhörverhalten führt zu einem Kollaps des Quantenzustands und hinterlässt in der Information unverwischbare Spuren, die die Kommunikationspartner sicher bemerken werden.

Dies ist nicht nur eine technische Schwierigkeit, sondern eine physikalische Unmöglichkeit, das System zu knacken.

Im Oktober 1989, genau 10 Jahre nach ihrem ersten Treffen in Puerto Rico, funktionierte ihr Experiment erfolgreich und zeigte die Quanten-Schlüssel-Verteilung über eine Entfernung von 30 Zentimetern.

Heute werden Varianten von BB84 in globalen Quantenkommunikationsnetzen eingesetzt, und die Entfernungen bei Satellitenverbindungen betragen inzwischen über 1000 Kilometer.

Quanten-Teleportation, von einem philosophischen Wunderwerk zu einer praktischen Ressource

Wenn BB84 die Regeln der Kryptographie veränderte, dann stellte eine weitere Entdeckung von Bennett und Brassard im Jahr 1993 die grundlegende Vorstellung von „Informationstransmission“ auf den Kopf.

In diesem Jahr stellten Bennett, Brassard und weitere vier Mitautoren die „Quanten-Teleportation“ vor.

Sie bewiesen, dass man mithilfe von Quanten-Verschränkung und klassischer Kommunikation einen vollständigen, unbekannten Quantenzustand zwischen zwei weit voneinander entfernten Orten übertragen kann, ohne dass man das Teilchen, das diesen Quantenzustand trägt, physisch transportieren muss.

Diese Entdeckung hat die Vorstellung von Informationstransmission grundlegend verändert.

Die sechs Forscher, die die Quanten-Teleportation erfanden, poseerten 1994 für ein Gruppenfoto. Beginnend links oben im Uhrzeigersinn: Richard Jozsa, William Wootters, Charles Bennett, Asher Peres, Claude Crépeau und Gilles Brassard.

Quanten-Verschränkung ist eines der seltsamsten Phänomene der Quantenmechanik – sobald zwei Teilchen verschränkt sind, bestimmt eine Messung an einem von ihnen augenblicklich den Zustand des anderen, egal wie weit sie voneinander entfernt sind.

Albert Einstein spottete einst von ihr als „spukhafte Fernwirkung“.

Der Beitrag von Bennett und Brassard liegt darin, dass sie bewiesen haben, dass diese Quanten-Verschränkung, die früher hauptsächlich als philosophisches Wunderwerk angesehen wurde, eine praktische Ressource sein kann.

1997 validierte das Team des österreichischen Physikers Anton Zeilinger in einem Experiment die Quanten-Teleportation erfolgreich. 2022 erhielt Zeilinger auch den Nobelpreis für Physik für seine damit verbundenen Experimente.

1996 stellten Bennett und Brassard die Technik der Verschränkungs-Extraktion vor, die zeigt, wie man unvollkommene Verschränkung in hochwertige Verschränkung umwandeln kann.

Dies ist ein wichtiger Schritt in Richtung skalierbarer Quantenkommunikation und legt die Grundlage für das zukünftige Quanten-Internet.

Ein Physiker und ein Informatiker

Eine wichtige Ursache für die so tiefgreifende Zusammenarbeit von Bennett und Brassard liegt in ihrer Komplementarität: Der eine ist ein Physiker, der andere ein Informatiker.

Die Quanteninformationswissenschaft selbst entstand aus der Kollision von zwei einst völlig verschiedenen Bereichen.

Charles H. Bennett wurde 1943 in New York geboren. 1964 erhielt er einen Bachelor-Abschluss in Chemie an der Brandeis University und 1970 seinen Doktorgrad an der Harvard University. Seine Forschungsrichtung war die Computersimulation der Molekulardynamik.

1973 trat er dem IBM-Research-Institut bei und hat es seitdem nie verlassen, inzwischen sind es über 50 Jahre.

Bei IBM folgte er den Spuren des berühmten Physikers Rolf Landauer und forschte über die physikalischen Grundlagen der Informationsverarbeitung.

Er bewies zunächst, dass die universelle Computation logisch und thermodynamisch reversibel sein kann, und interpretierte 1982 das klassische Paradoxon des Maxwellschen Dämons neu und wies darauf hin, dass die eigentliche thermodynamische Kosten nicht in der Informationsgewinnung, sondern in der Informationsvernichtung liegt.

Bennett hat einen weit verbreiteten Satz, um Quanteninformation zu beschreiben:

„Quanteninformation ist wie Information aus einem Traum“ – sie kann nicht kopiert werden, und die Beobachtung verändert sie. Diese Eigenschaft ist sowohl eine Einschränkung als auch eine Ressource.

Er ist Mitglied der National Academy of Sciences der USA und ausländischer Mitglied der Royal Society.

Gilles Brassard wurde 1955 in Montreal geboren.

Er war schon als Kind von Mathematik fasziniert, und diese Leidenschaft wurde von seinem Bruder Robert Brassard geweckt.

Mit 13 Jahren begann Brassard an der Universität von Montreal zu studieren und absolvierte 1972 seinen Bachelor-Abschluss und 1975 seinen Master-Abschluss in Informatik.

Anschließend absolvierte er seinen Doktor an der Cornell University unter der Leitung von John Hopcroft, dem Turing-Award-Gewinner von 1986, und erhielt 1979 seinen Dok